辰溪縣后背溶水庫壩基巖溶滲漏分析及處治方法研究

容富

摘要：后背溶水庫是已建的?。↖）型水庫，由于壩基巖溶滲漏嚴(yán)重，水庫沒有發(fā)揮效益，筆者根據(jù)本工程的工程地質(zhì)特性，采用綜合勘探手段、立體和綜合的處治方案，成功治理壩基巖溶滲漏問題，特別是水泥一水玻璃雙液灌漿工藝在巖溶洞穴防滲堵漏首次成功應(yīng)用。在類似工程中值得推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水庫；壩基；巖溶；滲漏；處治

中圖分類號：TV697.3⁺2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）09-0111-02

1 工程概況

后背溶水庫位于沅水二級支流上，樞紐工程座落在辰溪縣方田鄉(xiāng)沙坳村，距辰溪縣城30km，地理座標(biāo)：東經(jīng)108°16′，北緯27°19′，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉輸水涵洞等建筑物組成，樞紐工程為IV級，主要建筑物為4級，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水、養(yǎng)魚等綜合利用的小（1）型水庫工程。

水庫控制集雨2.65km²，設(shè)計(jì)正常蓄水位165.0m，正常庫容213.2萬m³，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高31.5m，壩頂高程168.0m，壩項(xiàng)軸線長120m，壩頂寬4m。溢洪道位于左端，為寬淺式，其最大下泄流量23.7m³。水庫下轄135個(gè)村，235.5hm²灌溉面積，并可解決3508人的飲水困難；水庫防洪效益顯著，保護(hù)人口1800人，保護(hù)省道1845線4km。

大壩于1973年開始修建，1974年完工，由于缺少基礎(chǔ)資料，大壩建在三疊系大治組石灰?guī)r上，該組巖石巖溶發(fā)育，滲漏嚴(yán)重，大壩從一開始修建完工就無法正常蓄水，樞紐運(yùn)行幾十年，無法發(fā)揮它的效益，地方政府財(cái)政困難，無資金對其維修。2007年，國家加大中小型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固力度，水庫于2007年夏進(jìn)行全面勘測設(shè)計(jì)，2009年進(jìn)行壩基防滲處理?，F(xiàn)壩基的滲漏得到有效控制，水庫蓄水已到正常水位，樞紐發(fā)揮它應(yīng)有的效益。

2 水庫壩址勘察概況

巖溶滲漏問題是一隱蔽性很強(qiáng)的工程地質(zhì)問題，為了查清后背溶水庫壩址巖溶發(fā)育規(guī)律，在勘察手段上下足了功夫：①走訪調(diào)查：找當(dāng)時(shí)參入修建的老同志、水利工作者，詢問建壩前和建壩時(shí)基坑工程地質(zhì)情況、巖溶滲漏情況；②地質(zhì)測繪：利用測繪，查明壩址區(qū)巖層的分布規(guī)律，不良結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況，石灰?guī)r的特征，查找?guī)r溶水出漏點(diǎn)；③物探：主要采用了電磁波法和鉆孔內(nèi)電磁透視法，初步測定巖溶的發(fā)育規(guī)模和深度；④鉆探：是對物探成果的一個(gè)驗(yàn)證，同時(shí)能夠查明巖溶的規(guī)模、深度，在鉆孔內(nèi)還做了壓水試驗(yàn)、示蹤劑試驗(yàn)、電磁透視等綜合測試工作；⑤壓水試驗(yàn)：通過壓水試驗(yàn)，可以定量評價(jià)石灰?guī)r體的滲透情況；⑥示蹤劑試驗(yàn)：主要是測定地下水的流向；⑦聯(lián)通實(shí)驗(yàn)：測定溶洞的聯(lián)通情況。通過以上綜合勘察方法，查明了后背溶水庫壩址巖溶發(fā)育規(guī)律，為下步整治方案提供了可靠的技術(shù)支撐。

3 壩基工程地質(zhì)條件

壩址位于雪峰山脈南麓的中低山區(qū)，為對稱的“U”型谷，兩岸山坡坡度為35°-45°，山頂高程為400-450m，谷底寬40-50m，常年水面寬3-7m，右岸山坡出露有石灰?guī)r，因巖溶發(fā)育，見有石牙，石筍等巖溶地貌發(fā)育。

壩址處出露地層為震旦系江口組（Zaj）以及三迭系大治組（T1d），震旦系江口組（Zaj）為青灰色中厚層狀砂質(zhì)板巖，分布在大壩左岸和溢洪道；三迭系大治組（T1d）為淺灰色厚層狀石灰?guī)r，巖溶發(fā)育，石芽、石筍隨處可見，表面可見有小的溶洞，分布在大壩右岸，與下伏震旦系江口組地層呈不整合接觸。

壩區(qū)巖層產(chǎn)狀：右岸N17°E-ES<70°傾向大壩右岸偏下游，左岸N32°E-ES<60°，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈閉合狀，以高傾角為主，多不切層，主要分三組：①N40°-50°E-NW<60°，節(jié)理面有粘土充填，為巖溶發(fā)育裂隙；②N40°-60°W·SW<68°-85°，多與層面相切。③N35°-50°W·SE<50°，層間節(jié)理，無充填物，壩區(qū)大的斷層未見。

根據(jù)鉆孔揭露，大壩基巖透水嚴(yán)重，淺層基巖透水率89-198Lu，屬強(qiáng)透水～中等透水層。三疊系石灰?guī)r中有巖溶發(fā)育，巖溶洞穴最大達(dá)2-3m，當(dāng)庫水位165m時(shí)，下游溪溝漏水量達(dá)50-60L/s。造成這么大的漏水，其原因有：①大壩壩基清基不徹底，局部存在殘留的砂卵石層，ZK5鉆孔顯示有0.5m厚的砂卵石，該層砂卵石滲透系數(shù)達(dá)10^-2cm/s，形成一個(gè)大的滲漏通道；②淺層巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，透水率在89-198Lu，屬強(qiáng)透水～中等透水層，存在淺層滲漏問題；③石灰?guī)r巖溶發(fā)育，往往沿裂隙面形成串狀分布，形成較大的巖溶滲漏通道；④壩址處基巖由三疊系石灰?guī)r和震旦系砂質(zhì)板巖組成，兩組巖石呈角度不整合接觸，沿不整合面形成較大的漏水通道。

4 巖溶發(fā)育特點(diǎn)

后背溶水庫壩基為三疊系石灰?guī)r，下部有震旦系的砂質(zhì)板巖分布，巖層產(chǎn)狀傾向大壩右岸偏下游，傾角60-70°，無斷層發(fā)育，兩岸地形基本對稱，兩岸岸坡坡度35°-45°?；谝陨系匦巍r性和構(gòu)造特征，后背溶水庫壩址巖溶發(fā)育有以下特點(diǎn)：

4.1巖溶發(fā)育規(guī)模較?。簭奈锾胶豌@孔揭示，巖溶洞徑一般在0.3-0.8m之間，洞內(nèi)填充物少，充填率20-30%；

4.2淺層巖溶發(fā)育：巖溶發(fā)育較淺，一般深度3-5m，溶洞沿風(fēng)化裂隙發(fā)育；

4.3巖溶發(fā)育不均一性：由于石灰?guī)r內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均一性、節(jié)理裂隙發(fā)育的不均一性，導(dǎo)致巖溶發(fā)育的不均一性。

針對壩址巖溶發(fā)育特點(diǎn)，本工程采用回填灌漿、帷幕灌漿、庫前粘土鋪蓋等綜合防滲手段，使壩址巖溶滲漏得到有效控制。

5 大壩基巖巖溶滲漏處治方案

5.1庫區(qū)粘土水平鋪蓋

粘土水平鋪蓋是水庫防滲的常用方法，鋪設(shè)粘土前，首先要騰空庫水，清除庫區(qū)淤泥；其次要對回填的粘土進(jìn)行取樣室內(nèi)試驗(yàn)，檢測其滲透系數(shù)、粘粒含量、液塑限、有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)；粘土碾壓前要進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，求出最優(yōu)含水量和最大干密度。鋪設(shè)粘土?xí)r要分層碾壓，每層厚度25-30cm；當(dāng)分段碾壓時(shí)，相鄰兩段交界碾跡應(yīng)彼此搭接，垂直搭接寬度不應(yīng)小于0.3-0.5m，順碾壓方向搭接寬度為1.0-1.5m。碾壓完成后，要對成品取樣檢測，檢測項(xiàng)目為壓實(shí)度和滲透系數(shù)，要求壓實(shí)度不小于95%，滲透系數(shù)小于10cm/s。

5.2回填灌漿

帷幕灌漿前先打先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔發(fā)現(xiàn)有巖溶較大的巖溶洞穴先進(jìn)行回填灌漿，再做帷幕灌漿。回填灌漿的材料選用水泥、細(xì)沙、摻雜水及煤灰充分?jǐn)嚢琛；靥罟酀{壓力不宜大于0.5MPa，水灰比采用1.1、0.6：1兩個(gè)比級，當(dāng)停止吸漿時(shí)繼續(xù)灌注10min結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束7天后進(jìn)行質(zhì)量檢查，采用鉆孔注漿法檢查，注入水灰比2：1的水泥漿，在前期灌漿壓力下，10min注入量不超過10L為合格。后背溶水庫回填灌漿合格率為100%。

5.3帷幕灌漿

為了提高灌漿效果，縮短工期，后背溶灌漿采用水泥一水玻璃雙液灌漿法，該法是采用適當(dāng)?shù)乃冶?、水玻璃配合比，針對防滲堵漏工程所在地層材料消耗量大而采取的一種防滲灌漿工藝。它具有抗水流；中蝕、流動性好、擴(kuò)散性可控、觸變性可控、凝結(jié)時(shí)間可控等特點(diǎn)。

5.3.1帷幕孔的布置

帷幕孔布置在壩頂軸線上，孔距2.5m，遇到溶洞加雙排，孔距加密到1.0-1.5m，孔深以相對不透水層（q≤5Lu）為控制標(biāo)準(zhǔn)，兩岸壩肩延伸長度以相對不透水層和正常蓄水位交線控制。

5.3.2灌漿試驗(yàn)

為適應(yīng)本工程實(shí)際灌漿工藝技術(shù)參數(shù)，實(shí)施灌漿前進(jìn)行水泥一水玻璃配合比試驗(yàn)，根據(jù)根據(jù)類似工程檢驗(yàn)，水玻璃濃度采用Be'=40，試驗(yàn)參數(shù)見表1。

5.3.3施工工藝

5.3.3.1鉆孔：采用北京XY-100型地質(zhì)鉆機(jī)成孔，孔徑75mm。

5.3.3.2洗孔：采用高壓水泵抽水；中洗，洗干凈鉆孔內(nèi)裂隙粉塵。

5.3.3.3灌漿材料配制：水泥一水玻璃混合漿液結(jié)合水泥純漿液定期抽樣檢測，盡量減少水泥性能和水玻璃性能不穩(wěn)定性對灌漿效果產(chǎn)生的影響。水泥采用P032.5普通硅酸鹽水泥；水玻璃模數(shù)為2.4-3.0，濃度40Be。

5.3.3.4灌漿：灌漿設(shè)備為2TG2-60/210灌漿機(jī)，灌漿壓力0.3-0.5MPa，施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5148-2001。

5.3.3.5質(zhì)量檢查：灌漿完成后15d用鉆機(jī)成孔做壓水試驗(yàn)未檢測灌漿效果，檢測孔不少于灌漿孔的10%，壓水試驗(yàn)透水率小于5Lu為合格，要求合格率不小于98%。

6 灌漿效果分析

灌漿完成后，共鉆檢查孔10個(gè)，壓水試驗(yàn)33段，33段壓水試驗(yàn)透水率都小于5Lu，合格率100%。說明雙液灌漿在后背溶巖溶壩基帷幕灌漿中效果很好。

從下游溪溝滲漏量分析：灌漿前，正常蓄水位下，壩腳溪溝滲漏量50-60L/s，經(jīng)過防滲治理后，同在正常蓄水位下，壩腳溪溝滲漏量1.5-2.0L/s。說明經(jīng)過壩前采用粘土水平鋪蓋、巖溶洞穴內(nèi)水泥砂漿回填灌漿，再進(jìn)行水泥一水玻璃雙液帷幕灌漿等立體、綜合防滲方案是成功的。

7 結(jié)語

后背溶水庫采用綜合勘探手段，查明了巖溶發(fā)育的特征和規(guī)律，立體、綜合防滲處治方案是科學(xué)有效的，特別是水泥一水玻璃雙液灌漿工藝在石灰?guī)r巖溶防滲堵漏中首次應(yīng)用成功，為以后類似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。