清華洞水庫(kù)巖溶地質(zhì)條件及防滲體系

盧曉鵬

(云南省水利水電科學(xué)研究院，云南昆明 650228)

清華洞水庫(kù)巖溶地質(zhì)條件及防滲體系

盧曉鵬

(云南省水利水電科學(xué)研究院，云南昆明 650228)

針對(duì)清華洞水庫(kù)樞紐區(qū)存在的較嚴(yán)重的巖溶滲漏問(wèn)題，勘察查明漏水地段，根據(jù)壩址工程地質(zhì)條件，按照防滲工程量較小、避開(kāi)巖溶較發(fā)育的溶洞等原則，選定暗河堵洞體的位置及防滲線(xiàn)路。根據(jù)樞紐區(qū)水文地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育規(guī)律以及相對(duì)隔水層的分布情況，采用上下2層廊道進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理，所形成的防滲幕體最大深度達(dá)145m，最大寬度約558m。灌漿施工后巖層平均透水率由施工前的13.38Lu降至1.25Lu，帷幕灌漿防滲效果顯著，清華洞水庫(kù)建成后已正常蓄水運(yùn)行。

巖溶;防滲體系;暗河堵洞體;帷幕灌漿;清華洞水庫(kù)

清華洞水庫(kù)是建于富寧腹地普廳河上游的一座中型水庫(kù)，距縣城6 km，水庫(kù)樞紐主要由擋水建筑物、輸水泄洪隧洞和防滲帷幕灌漿工程組成，水庫(kù)壩址以上徑流面積212 km2，總庫(kù)容9965萬(wàn)m3。

清華洞水庫(kù)地質(zhì)條件復(fù)雜，勘察工作于1978年開(kāi)始，1990年結(jié)束。通過(guò)一系列的勘察工作，查清了水庫(kù)上游的徑流、洪水情況，以及庫(kù)區(qū)和壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件，為確定水庫(kù)的防滲位置和形式奠定了基礎(chǔ)［1］。由于清華洞水庫(kù)地形、地質(zhì)條件比較復(fù)雜，水庫(kù)能否正常蓄水，取決于庫(kù)區(qū)是否漏水和防滲工程是否成功［2］。水庫(kù)防滲處理措施主要是在上、下層灌漿廊道內(nèi)設(shè)上、下2層帷幕，對(duì)樞紐區(qū)進(jìn)行帷幕灌漿防滲［3］，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，暗河堵洞體的軸線(xiàn)位置在0+086處較為理想。灌漿廊道以堵洞體中心線(xiàn)為參考線(xiàn)，向左、右岸延伸。水庫(kù)經(jīng)防滲處理后已較好地解決了巖溶滲漏問(wèn)題，2010年12月水庫(kù)正式蓄水運(yùn)行。

1 巖溶區(qū)水庫(kù)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

1.1 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

清華洞水庫(kù)河谷深切，兩岸山坡陡峻，庫(kù)區(qū)構(gòu)造以斷層為主，褶皺次之。庫(kù)區(qū)基巖多處裸露，覆蓋層較薄，沖溝不發(fā)育，部分緩坡地帶植被覆蓋良好，不存在較嚴(yán)重的岸坡穩(wěn)定問(wèn)題。水庫(kù)淤積不嚴(yán)重，基本上不存在浸沒(méi)問(wèn)題。

水庫(kù)四周山體厚度一般大于5 km，無(wú)低鄰谷地。庫(kù)區(qū)主要由相對(duì)隔水層組成，地下水補(bǔ)給河水，未見(jiàn)較大的構(gòu)造破碎帶連通庫(kù)外，水庫(kù)蓄水后除通過(guò)壩址區(qū)全強(qiáng)風(fēng)化基巖裂隙及巖溶通道產(chǎn)生繞壩滲漏外，不存在庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題。

1.2 樞紐區(qū)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

清華洞水庫(kù)樞紐區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。樞紐區(qū)的主要地層為石炭系下統(tǒng)大塘組C1d，據(jù)其巖性可分為上、下2層:上層為灰、深灰色中～厚層狀結(jié)晶灰?guī)r夾薄層淺肉紅色燧石條帶和硅質(zhì)灰?guī)r，沿堵洞體軸線(xiàn)分布于825～860 m高程之間;下層為淺肉紅色、灰色薄～中厚層硅質(zhì)灰?guī)r夾多層燧石條帶和極薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r互層，分布于630～825 m高程之間。受巖性影響巖體透水性一般較強(qiáng)，主要屬中等～極強(qiáng)透(含)水層，主要屬微～強(qiáng)透(含)水層。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料，和的透水性幾乎完全取決于節(jié)理裂隙和巖溶發(fā)育程度，巖溶和裂隙發(fā)育部位透水性很大而完整灰?guī)r不透水。

樞紐區(qū)出露地層以碳酸鹽巖為主，巖體弱風(fēng)化，局部強(qiáng)～全風(fēng)化，巖石中等堅(jiān)硬～堅(jiān)硬，抗滑穩(wěn)定性較好。由于堵洞體左右岸巖溶和節(jié)理裂隙較發(fā)育，且存在有隱伏的巖溶管道等，故繞壩滲漏不可避免，存在較嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題。水庫(kù)樞紐區(qū)地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1。

壩基滲透穩(wěn)定性分析如下:堵洞體河床部位第四系松散堆積物厚4～5 m，由砂卵礫石和漂石等組成，滲透性強(qiáng)，壩基需開(kāi)挖至完整基巖。堵洞體基巖主要由泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r互層組成，巖體弱風(fēng)化，局部強(qiáng)風(fēng)化。堵洞體段無(wú)大的斷裂構(gòu)造通過(guò)，巖層較穩(wěn)定，呈單斜產(chǎn)出，傾向下游，傾角較緩，巖層走向與堵洞體軸向接近平行，巖體較完整，以層狀結(jié)構(gòu)為主，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖體中等堅(jiān)硬～堅(jiān)硬，抗滑和抗變形性能較強(qiáng)，抗?jié)B穩(wěn)定性較好。因堵洞體段節(jié)理裂隙較為發(fā)育，對(duì)堵洞體周邊及基礎(chǔ)采取固結(jié)灌漿和錨桿等加固處理。

2 水庫(kù)巖溶發(fā)育規(guī)律及滲漏特性

清華洞水庫(kù)樞紐區(qū)巖溶較為發(fā)育，呈現(xiàn)出多種巖溶形態(tài)，主要以溶洞(暗河)、巖溶洼地和溶溝、溶槽等形態(tài)出露。巖溶發(fā)育的深度和強(qiáng)度主要受巖性、構(gòu)造和節(jié)理裂隙控制，巖溶多順層(1號(hào)、2號(hào)溶洞)、沿裂隙(清華洞暗河、3號(hào)和4號(hào)溶洞)和構(gòu)造(安恩暗河、斷層溶塌體)發(fā)育，溶洞頂板多為可溶性較差的極薄層和薄層硅質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等。巖溶發(fā)育規(guī)律主要表現(xiàn)為:①巖溶發(fā)育極不均勻，可由嚴(yán)重透水層突變?yōu)橄鄬?duì)隔水層;②具有自上而下逐漸減弱的趨勢(shì);③左岸較右岸發(fā)育;④距清華洞暗河或斷層溶塌體越近巖溶越發(fā)育;⑤巖溶發(fā)育具成層性。

圖1 清華洞水庫(kù)樞紐區(qū)沿壩軸線(xiàn)地質(zhì)剖面(單位:m)

綜上所述，清華洞樞紐區(qū)主要由碳酸鹽巖微～極強(qiáng)透水層組成，巖石節(jié)理裂隙和巖溶發(fā)育，局部巖石破碎，巖層傾向下游，設(shè)計(jì)庫(kù)水位以下至715 m高程存在隱伏的中小型溶洞和巖溶管道以及斷層溶塌體。

3 巖溶區(qū)水庫(kù)防滲體系布置

3.1 防滲線(xiàn)路布置

根據(jù)清華洞水庫(kù)巖溶發(fā)育規(guī)律及滲漏分析，防滲線(xiàn)路布置遵循以下原則:①帷幕線(xiàn)路選擇在安恩向斜西翼，遠(yuǎn)離向斜核部，C11d相對(duì)不透水層翹起較高，并以距帷幕邊界較近地段為宜;②由于暗河進(jìn)口洞頂以上山體厚度超過(guò)200 m，巖體中卸荷裂隙發(fā)育，帷幕不宜選在暗河進(jìn)口及附近;③帷幕線(xiàn)應(yīng)盡量將右岸1號(hào)、2號(hào)溶洞包圍在堵體上游。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，在暗河0+075～0+100地段兩壁基巖完整性好，暗河堵洞體的軸線(xiàn)位置定在0+086處較為合理。灌漿廊道以堵體中心線(xiàn)為參考線(xiàn)，向左、右岸延伸［5-6］，設(shè)上、下2層帷幕，根據(jù)不同的地質(zhì)條件分別布設(shè)單排和雙排帷幕灌漿孔［7］。

3.2 巖溶區(qū)滲漏處理

為進(jìn)行堵洞體兩側(cè)的防滲帷幕灌漿，堵洞體兩側(cè)布置上、下2層帷幕灌漿廊道［8-9］，上層底板高程860 m，下層底板高程800m。左岸防滲帷幕灌漿邊界為上層灌漿廊道左0+380，右岸為上層灌漿廊道右0+178，所形成的防滲幕體最大深度達(dá)145 m，最大寬度約558m。樞紐區(qū)帷幕灌漿防滲布置見(jiàn)圖2。

帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為巖體透水率q≤5.0 Lu。根據(jù)不同的地質(zhì)條件分別布設(shè)單排和雙排帷幕灌漿孔。帷幕灌漿孔距一般2.8 m，由于上、下層帷幕灌漿廊道軸距為3.0m，故初步擬定上、下層帷幕灌漿搭接長(zhǎng)度為9m。下層帷幕灌漿廊道擬定灌漿壓力為0.8～2.5MPa，上層帷幕灌漿廊道為1.0～1.5 MPa［10］。帷幕灌漿一般地段采用常規(guī)的純水泥灌漿法，特殊地段(如特大耗灰段或大的漏水通道)采用加砂或化學(xué)灌漿法［11］。

樞紐區(qū)隱伏的巖溶和巖溶裂隙多無(wú)充填和具半充填性，充填物結(jié)構(gòu)極為松散，抗?jié)B能力差。在高水頭滲透水流作用下，庫(kù)水會(huì)沿?cái)鄬尤芩w和巖溶管道以及小溶洞等向下游方向滲漏，同時(shí)帶走斷層溶塌體等細(xì)小顆粒，使其原有的穩(wěn)定性遭到破壞，因而必須對(duì)樞紐區(qū)巖溶、斷層溶塌體、堵洞體、周邊破碎巖體進(jìn)行加固防滲處理，即布設(shè)雙排帷幕灌漿，對(duì)局部巖溶發(fā)育段采取加密防滲措施;對(duì)溶洞洞壁做清挖處理，剝離鈣化層并沖洗后以C15埋石混凝土回填。

4 工程實(shí)施效果

清華洞水庫(kù)工程堵洞體高87.5 m(混凝土方量15073m3)，上層廊道長(zhǎng)533.5 m，下層廊道長(zhǎng)470m，共完成約16500 m帷幕灌漿工程量［12］。

帷幕灌漿施工結(jié)束后，通過(guò)15個(gè)檢查孔237段壓水試驗(yàn)檢查施工效果，見(jiàn)表1，巖體透水率最大值為3.7Lu，最小值為0.007Lu，平均值為1.25Lu，巖體透水率小于或等于1.0Lu的有213段，占?jí)核囼?yàn)段總數(shù)的89.9%;巖體透水率1～3 Lu的有22段，占?jí)核囼?yàn)段總數(shù)的9.3%;巖體透水率3～5 Lu的有2段，占?jí)核囼?yàn)段總數(shù)的0.8%。試驗(yàn)成果表明，清華洞水庫(kù)工程灌漿效果好，滿(mǎn)足防滲設(shè)計(jì)要求［13］。

表1 檢查孔壓水試驗(yàn)區(qū)間統(tǒng)計(jì)

圖2 清華洞水庫(kù)樞紐區(qū)帷幕灌漿剖面(單位:m)

將灌漿施工前后巖體透水率進(jìn)行對(duì)比分析，灌漿前巖層透水率平均值為13.38 Lu，灌漿后巖層透水率平均值為1.25 Lu，灌漿效果顯著，水庫(kù)樞紐區(qū)已形成有效的防滲帷幕。

水庫(kù)于2008年11月28日實(shí)現(xiàn)847.92m高程蓄水目標(biāo)。水庫(kù)蓄水過(guò)程中，隨著水庫(kù)水位的上升，庫(kù)周山體及堵洞體未出現(xiàn)坍塌和開(kāi)裂跡象，經(jīng)觀測(cè)，847.92m高程水庫(kù)總滲水量從第二期帷幕灌漿工程實(shí)施前的124.8L/s減小為54.4L/s，水庫(kù)已成功蓄水。

隨著庫(kù)水位的升高，在高水頭作用下，堵塞的滲漏通道存在被再次壓穿并產(chǎn)生滲漏的可能，水庫(kù)需加強(qiáng)長(zhǎng)期滲漏觀測(cè)。

2009年10月整個(gè)工程建設(shè)結(jié)束，水庫(kù)達(dá)到了最終建設(shè)規(guī)模，總庫(kù)容為9965萬(wàn)m3，水庫(kù)最大水深124.6 m。水庫(kù)在建設(shè)期間就對(duì)減輕富寧縣2001年“8·25”洪災(zāi)損失起到了巨大的作用。水庫(kù)建成后，解決了下游農(nóng)田的灌溉、滯洪問(wèn)題，為富寧城區(qū)提供了生產(chǎn)生活用水，有力地促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐暮椭C安康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

a.清華洞水庫(kù)樞紐區(qū)出露地層主要以碳酸鹽巖為主，巖溶和節(jié)理裂隙發(fā)育，局部巖石破碎。715.00～851.50 m高程存在隱伏的破碎巖體、巖溶管道和溶洞等，樞紐區(qū)存在繞壩滲漏問(wèn)題。

b.樞紐區(qū)右岸滲漏部位主要為堵洞體附近50 m范圍內(nèi)和地表淺層，左岸滲漏部位主要為1～4號(hào)溶洞、斷層溶塌體以及破碎巖體等。

c.根據(jù)查明的水庫(kù)工程地質(zhì)條件，水庫(kù)防滲帷幕灌漿設(shè)計(jì)合理，防滲帷幕灌漿質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期要求，巖層透水率平均值由灌漿前13.38 Lu降為1.25 Lu，灌漿效果顯著，樞紐巖溶區(qū)已形成有效的防滲帷幕，水庫(kù)正常蓄水運(yùn)行。

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Karst geological conditions and seepage control system of Qinghuadong Reservoir

LU Xiaopeng(Yunnan Research Institute of Water Resources and Hydropower，Kuiming650228，China)

For controlling serious karst leakage of Qinghuadong Resevoir，the leakage sections were identified.According to the engineering geological conditions of the dam site，the position and seepage line of the plugging holes body were selected by adopting seepage control project with small amount of work and avoiding well developed karst caves.According to the the hub area karst development law，characteristics and hydrogeological conditions and the distribution of relatively impermeable layer，we adopted curtain grouting corridors of the upper and lower levels.The maximum depth of the formed seepage curtain is 145m，and the maximum width is 558mm.The average permeable rock rate fell from 13.38Lu to 1.25Lu，the seepage effect is remarkable，and the reservoir has been properly build operation.

karst;seepage control system;plugging holes body;curtain grouting;Qinghuadong Reservoir

P641.72

A

1006-7647(2013)06-0083-04

10.3880/j.issn.1006-7647.2013.06.018

云南省水利科技計(jì)劃(201207)

盧曉鵬(1966—)，男，云南昆明人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。E-mail:hygslxp@163.com

2013-01-04 編輯:駱 超)