小排吾水庫巖溶滲漏問題研究

彭鵬程　李擇衛(wèi)

（湖南省水利水電勘測設計研究總院　　長沙市　410007）

小排吾水庫巖溶滲漏問題研究

彭鵬程李擇衛(wèi)

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

小排吾水庫巖溶滲漏問題嚴重［1］，但巖溶滲漏通道一直未查明。根據(jù)小排吾水庫壩址區(qū)的基本地質(zhì)條件，結(jié)合平面巖溶形態(tài)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、剖面巖溶形態(tài)分布等資料綜合分析，逐漸剖析出小排吾水庫壩址區(qū)的巖溶發(fā)育特征及基本規(guī)律，成功查明了水庫壩址區(qū)的主要巖溶滲漏通道，提供了相應的處理思路，為研究水庫類似巖溶滲漏問題提供了工作思路與方向。

巖溶滲漏示蹤試驗

1 工程概況

小排吾水庫位于花垣縣小排吾鄉(xiāng)境內(nèi)，為沅水三級支流的兄弟河上游，總庫容1175萬m3，正常蓄水位581.0m，正常庫容1020萬m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的重點中型水利工程。

樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水設施等建筑物組成，主、副壩均為粘土均質(zhì)壩，其中主壩最大壩高38.00m，壩頂高程585.5m，壩頂寬4.5m，壩頂軸線長125 m；副壩最大壩高8.4m，壩頂高程585.50m，壩頂寬5.3m，壩頂軸線長130m。

小排吾水庫于1966年開工興建，至1981年建成。因水庫處于強巖溶區(qū)，在水庫建設期及運行期間，水庫建設方及管理方對小排吾水庫進行了多次防滲處理，但因缺乏系統(tǒng)勘察，防滲處理措施沒有針對性、沒有重點，雖然投入較大，但并未達到預期的處理效果，巖溶滲漏問題仍然嚴重，導致水庫至今仍不能正常蓄水，成為湖南省知名的病險水庫。

2 壩址工程地質(zhì)條件簡介

通過對小排吾水庫庫盆地形、巖性、構造及巖溶水文地質(zhì)條件的的深入調(diào)查、觀測，證實水庫向左岸兩岸均不會產(chǎn)生滲漏，只在壩址區(qū)存在向下游方向的嚴重滲漏問題，因此，研究水庫的巖溶滲漏問題，實際上就是研究水庫壩址區(qū)的巖溶滲漏問題。

壩址區(qū)工程地質(zhì)示意圖見圖1。

圖1　壩址區(qū)工程地質(zhì)示意圖

2.1地形地貌

壩址區(qū)河流由北東向流入壩址后折向北西。主壩區(qū)河谷呈不對稱的“U”型，河谷寬（40～50）m，河床高程（548.5～549.0）m。主壩左壩肩接小山體，小山體左側(cè)北西方向分布一埡口——夯彩埡口，埡口高程（583～586）m，埡口左側(cè)山脊走向呈北西向。主壩右壩肩與一孤立的溶蝕殘丘相接，殘丘高程略高于壩頂，殘丘右側(cè)為一平緩開闊的低矮埡口，最低高程577m，為副壩所在地，副壩右側(cè)與溶蝕臺地相接。

2.2地層巖性

壩基地層主要有［2］：

（1）寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q），可細分為兩個巖組：

第一巖組（∈1q1）：為灰、深灰色薄～中厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r。

第二巖組（∈1q2）：為淺灰、深灰色中厚～巨厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖夾粉砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等，部分受構造影響，相變?yōu)榘自茙r。

（2）寒武系中上統(tǒng)婁山關群（∈2+3）

為灰白、淺肉紅色厚～巨厚層細～粗粒結(jié)晶白云巖，下部夾少量灰白色灰質(zhì)白云巖。

2.3地質(zhì)構造

壩址區(qū)河流為縱向谷，巖層呈單斜構造。巖層產(chǎn)狀主要為：N10～40°E·SE∠10～30°，傾向右岸。左岸夯彩埡口附近巖層受F2斷層影響，巖層呈波狀起伏，傾角5～12°。

壩址區(qū)共查明10條規(guī)模大小不一的斷層，斷層構造以NNE向為主，其次為NE向，傾角多陡立。較大的斷裂構造為區(qū)域性小排吾斷層（F2），自左壩肩至下游W3巖溶泉連線方向通過，產(chǎn)狀：N20～30°E· SE∠60～70°，破碎帶寬（7～10）m，由斷層角礫巖、斷層泥組成，鈣質(zhì)或鈣泥質(zhì)膠結(jié)，其余斷層規(guī)模相對較小。壩址區(qū)橫河向及斜向向的節(jié)理面均較發(fā)育。

3 壩址區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件

為查明壩址區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件，在壩址區(qū)進行了平面巖溶水文地質(zhì)調(diào)查，沿壩軸線進行了工程地質(zhì)鉆孔勘探及物探，并進行了流量觀測及地下水示蹤試驗。

3.1平面巖溶及泉井調(diào)查

（1）巖溶調(diào)查。

壩址區(qū)地面巖溶形態(tài)主要有溶洞、落水洞、漏斗、溶槽等。

在壩址區(qū)共調(diào)查到1處溶洞RD1，位于左岸山坡庫內(nèi)，溶洞進口底板高程562.1m，發(fā)育于∈1q薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r中，順層面發(fā)育，洞口高6m，往洞內(nèi)高程逐漸降低，施工期曾將此洞作為導流洞，為庫水主要滲漏入口之一，人可進入深度超過20m。

調(diào)查到26處漏斗，其特征見表1。

表1　壩址區(qū)主要巖溶漏斗特征

（2）泉井調(diào)查。

壩址左岸發(fā)育一條沖溝小排吾溪，溪溝中長年水流不斷。

壩址區(qū)共調(diào)查到巖溶泉3處，其特征見表2。

表2　小排吾水庫壩址區(qū)巖溶泉調(diào)查表

3.2壩軸線剖面巖溶形態(tài)分布

采取鉆探揭露，并配合物探（電法及鉆孔電磁波透視法）勘察，將主、副壩壩軸線剖面下部查到的溶洞及強溶蝕區(qū)示意如圖2。

3.3地下水示蹤試驗分析

為查明壩址區(qū)地下巖溶水的流向、庫水與下游W2、W3巖溶泉的補排關系，分析壩址區(qū)主要巖溶滲漏道在壩基、壩肩的具位位置及大致深度，在地質(zhì)勘察過程中，共進行了10多次地下水示蹤試驗，試驗結(jié)果如下：

（1）自RD1溶洞流入的水流，自夯彩埡口下游的W3巖溶泉流出。

圖2　鉆孔及物探揭露的溶洞及強溶蝕區(qū)示意圖

（2）夯彩埡口中部與W3巖溶泉連通性極好，埡口左側(cè)與W3巖溶泉的連通性次之，埡口右側(cè)與W3巖溶泉的連通性較差。

（3）主、副壩交界處、副壩壩基部位分布多條與W2巖溶泉連通性極好的巖溶滲漏通道，各巖溶通道以沿斷層方向發(fā)育為主。

（4）在同一地段，不同鉆孔中所作的地下水示蹤試驗結(jié)果往往相差迥異，表明壩基部位巖溶發(fā)育具有明顯的不均一性。

3.4巖溶水文地質(zhì)特征

（1）巖溶與巖性的關系。

壩址區(qū)∈1q地層以灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為主，壩址區(qū)平、剖面溶洞均發(fā)育于該地層中，巖溶漏斗亦絕大部分位于該地層中，說明該層巖溶極發(fā)育，而∈2+3地層以白云巖為主，巖溶弱發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)溶洞，僅發(fā)現(xiàn)3處巖溶漏斗，且其中兩處位于F8斷層附近，1處位于∈1q與∈2+3交界部位偏∈2+3一側(cè)。

（2）巖溶發(fā)育與構造的關系。

構造對壩址區(qū)的巖溶發(fā)育方向、規(guī)模等起著控制性的作用。在斷層破碎帶及影響帶，由于地下水的活動強烈，巖溶發(fā)育程度相對強烈，因此，斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育部位一般也是巖溶強發(fā)育帶。壩址區(qū)處于區(qū)域性斷裂小排吾斷層附近，一組與其大致平行的NNE向斷層極發(fā)育，指示了壩址區(qū)NNE向的巖溶通道極發(fā)育。沿F5、F7斷層在壩基深部（60～115）m段均揭露到高度大于10m的溶洞。以上充分說明了斷層構造對巖溶方向、巖溶深度及巖溶規(guī)模的影響。

（3）巖溶形態(tài)在平面上有明顯的帶狀特征。左岸的RD1、W3巖溶泉及庫內(nèi)一系列的巖溶漏斗大致沿NNE向呈串珠狀排列，揭示其大致處于同一巖溶滲漏通道附近。右岸的漏斗LD6～LD10、ZKq14、W2巖溶泉亦大致呈條帶分布，亦表明其大致位于同一巖溶滲漏通道附近。

（4）巖溶發(fā)育在剖面上有較強的分層性。結(jié)合鉆孔揭露溶洞、壓水試驗、物探電法及電磁波透視資料、構造發(fā)育情況等綜合分析，按巖溶由強～弱的順序，自上至下可將壩基巖溶分成強巖溶發(fā)育帶、中等巖溶發(fā)育帶及弱巖溶發(fā)育帶。3個巖溶發(fā)育帶大致與壩基部位的中等透水帶、弱透水上帶及弱透水下帶相對應。

4 壩址主要巖溶滲漏通道分析

根據(jù)以上水文地質(zhì)資料等綜合分析，壩址區(qū)巖溶滲漏通道主要有以下幾條：

（1）壩址左岸RD1～夯彩埡口～W3方向的巖溶滲漏通道。

叫化子洞～夯彩埡口～W3巖溶泉方向的漏水通道是壩址左側(cè)一條較為集中的管道式漏水通道，庫內(nèi)左岸RD1溶洞及一系列呈串珠狀分布的LD12～LD17等漏斗均為該巖溶漏水通道的補給點，大致指示了該漏水通道的發(fā)育方向，巖溶滲漏通道穿過夯彩埡口中部，高程為（528～564）m，自壩下游左岸W3巖溶泉流出。

（2）副壩～W2巖溶泉方向的巖溶滲漏通道。

因副壩部位NNE～NE向的F5、F6、F7、F8斷層構造發(fā)育，壩基部位大致有4條沿斷層方向、向下游延伸的的管道式巖溶滲漏通道發(fā)育，庫水自上游各巖溶漏斗消落后，沿多個不同的巖溶滲漏通道穿過副壩壩基。根據(jù)壩址區(qū)斷層、漏斗的分布位置、壩址區(qū)巖溶發(fā)育特征等推測，副壩區(qū)上游庫內(nèi)巖溶漏斗與各巖溶通道的關系如下：漏斗LD6～LD10處于沿F5斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD4、LD5位于沿F6斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD3、W1位于沿F7斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD1、LD2位于沿F8斷層方向的巖溶滲漏通道上。因壩址區(qū)一組大致橫河向、產(chǎn)狀N75～85°W·NE∠61～80°的節(jié)理面較發(fā)育，導致橫河向巖溶通道亦較發(fā)育。沿巖溶滲漏通道穿過副壩壩基的巖溶水在壩線下游被橫河向的巖溶通道溝通后，均集中自W2巖溶泉流出。

5 處理思路

針對小排吾水庫巖溶滲漏問題，提供以下處理思路：

（1）對庫內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的、存在明顯漏水跡象的巖溶漏斗、落水洞，先清挖至基巖一定深度后，采用混凝土塞進行實施封堵，并設置排氣孔等。

（2）進行帷幕灌漿處理。帷幕灌漿主要工作量應布置在主要滲漏通道部位，即夯彩埡口中部、主壩右側(cè)至副壩壩基部位，對于非主要滲漏部位，根據(jù)處理效果可少灌或不灌。

6 結(jié)　語

（1）巖溶區(qū)病險水庫治理的關鍵是查明水庫巖溶滲漏通道。

（2）可溶巖的分布是巖溶發(fā)育的基礎，一系列NNE向的斷裂構造對小排吾水庫巖溶滲漏通道的方向起著控制作用，因此，查明壩址區(qū)斷層構造的發(fā)育規(guī)律，就基本抓住了巖溶滲漏問題核心。

（3）根據(jù)平面巖溶形態(tài)發(fā)育特征及水文地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合地下水示蹤試驗，可以初步判斷出巖溶滲漏通道發(fā)育的大致方向。再通過壩軸線下部巖溶形態(tài)的分布位置，即可確定主巖溶通道在壩軸線下部的基本位置。

［1］湖南省水利水電勘察設計研究總院.小排吾水庫除險加固技施設計階段補充勘察工程地質(zhì)勘察報告［R］.2015.

［2］陳心才.1：20萬吉首幅地質(zhì)圖說明書［M］.長沙：地質(zhì)部湖南省地質(zhì)局出版，1965.

彭鵬程（1970-），男，大學本科，注冊巖土工程師，從事地質(zhì)勘察工作；李擇衛(wèi)（1971-），男，大學本科，高級工程師，從事地質(zhì)勘察工作。

（2016-07-25）