板廠溝水庫庫區(qū)滲漏分析及處理

沙 斌，馬光猛

(昭通市水利水電勘測設(shè)計研究院，云南 昭通，657000)

庫區(qū)滲漏是水庫工程勘察設(shè)計中經(jīng)常遇到的一個問題，為了保證防滲處理方案的正確性，應(yīng)全面查明影響滲漏的主要地質(zhì)缺陷和水文地質(zhì)條件，特別是對于巖溶、順河斷層、裂隙、破碎帶、順層結(jié)構(gòu)面等不良地質(zhì)條件，只有詳細了解地質(zhì)情況，才能正確地選擇防滲處理方案和相應(yīng)的施工工藝[1-3]。

1 工程概況

板廠溝水庫是一座以農(nóng)村生產(chǎn)生活及農(nóng)業(yè)灌溉供水為主的小(1)型水庫，水庫死水位802.5m，正常蓄水位825.5m，總庫容212.2萬m3，設(shè)計年供水量233萬m3，解決2.38萬人、1.26萬頭大牲畜的生產(chǎn)生活用水及240hm2農(nóng)田灌溉。水庫樞紐建筑物由大壩、溢洪道、輸水導流隧洞組成，大壩為混凝土面板堆石壩，壩高41.3m。

2 基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌及不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

工程區(qū)屬構(gòu)造侵蝕、剝蝕型中山地形地貌，山脈走向及巖層走向呈東西向。庫岸山頂高程920m～1100m，河谷高程790.2m～858m，寬10m～30m。河流自西向東，于水庫下游400m處折向北西，再向下游3km處入落水洞，經(jīng)暗河于低鄰谷江邊出露。工程區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖分布廣，分為灰?guī)r及白云巖兩類?；?guī)r喀斯特巖溶極發(fā)育，以二疊系棲霞茅口組為代表，落水洞、暗河、溶洞等常見；白云巖巖溶不發(fā)育，以寒武系為代表。奧陶系中上統(tǒng)灰?guī)r厚僅約50m，兩側(cè)砂頁巖夾持，地下水補給有限，巖溶發(fā)育中等，壩前左岸沖溝內(nèi)地表未見明顯巖溶，壩下游河流轉(zhuǎn)彎處見兩個沿灰?guī)r層面發(fā)育垂直型溶洞，洞徑約0.8m。

2.2 地層巖性及構(gòu)造

水庫處背斜西端南東翼，巖層自左岸陡傾向庫區(qū)，產(chǎn)狀：N81°～85°E，傾向SE，傾角84°～86°。區(qū)域地層為二疊系樂平組砂頁巖夾煤層、峨眉山組玄武巖、棲霞茅口組灰?guī)r；志留系中上統(tǒng)砂巖頁巖、下統(tǒng)炭質(zhì)頁巖；奧陶系中上統(tǒng)灰?guī)r、下統(tǒng)灰綠色頁巖；寒武系婁山關(guān)群灰質(zhì)白云巖、高臺組石英砂巖、白云巖。庫區(qū)右岸及庫盆地層為龍馬溪組黑色炭質(zhì)頁巖，巖層厚度209m～294m；壩前左岸沖溝高程812.5m～825m段為奧陶系中統(tǒng)寶塔組龜裂紋灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、小疙瘩狀灰?guī)r，該層厚度約34m～51m；高程825m以上為奧陶系下統(tǒng)眉潭組棕黃色、灰綠色頁巖，淺灰色石英砂巖，泥質(zhì)粉砂巖。板廠溝水庫庫區(qū)地層柱狀情況詳見表1。

表1 板廠溝水庫庫區(qū)地層柱狀情況

3 水庫滲漏分析

3.1 巖溶滲漏

水庫樞紐、庫區(qū)河床及右岸地層為志留系下統(tǒng)炭質(zhì)頁巖，隔水效果良好，水庫不存在河床及右岸滲漏的情況。F1斷層橫穿庫區(qū)，但沿斷層出露的泉水高于庫水位，水庫不存在沿F1斷層滲漏情況。

奧陶系中統(tǒng)寶塔組灰?guī)r自左岸帶狀出露，灰?guī)r巖溶中等發(fā)育。鉆孔zk101于28.2m、31.3m處分別揭露0.3m、0.5m溶蝕裂隙，透水率q=68.49Lu～200.6Lu，觀測穩(wěn)定地下水位782.8m，低于正常蓄水位42.7m；zk301揭露25.3m～35.3m處巖心破碎，溶蝕明顯，透水率q=234.6Lu～239.0Lu，初見地下水位847.3m，終孔地下水位720.7m，低于正常蓄水位104.8m。自壩前沖溝往下游500m，河流垂向切割灰?guī)r，于河床中發(fā)育兩個溶洞，洞徑約0.8m。從地表調(diào)查及鉆孔綜合分析，寶塔組中上部灰?guī)r存在溶蝕裂隙或小的溶洞，通過層間結(jié)構(gòu)面溝通，水庫存在沿灰?guī)r順層面溶蝕裂隙滲漏的條件。板廠溝水庫區(qū)域地質(zhì)圖詳見圖1。

圖1 板廠溝水庫區(qū)域地質(zhì)

3.2 低鄰谷滲漏

水庫西面為流域源頭，無滲漏條件；南面及北面存在低鄰谷但有較厚的砂頁巖隔水層，也不存在向南北低谷寒武系白云巖及二疊系灰?guī)r區(qū)滲漏的地質(zhì)條件；庫區(qū)東面2.4km存在低鄰谷，水庫左岸寶塔組灰?guī)r自庫區(qū)左岸沖溝連通東面低鄰谷，低鄰谷底高程398m，低于正常蓄水位427.5m，水庫至低鄰谷地下水力坡降17.7%。綜合分析為寶塔組灰?guī)r沿陡傾順層溶蝕裂隙或較小的溶洞溝通東面低鄰谷形成了水庫滲漏。板廠溝水庫至低鄰谷滲漏地質(zhì)剖面詳見圖2。

圖2 板廠溝水庫低鄰谷滲漏地質(zhì)剖面

4 防滲處理

4.1 垂直防滲方案

垂直防滲方案是將灰?guī)r巖溶滲漏處理與大壩帷幕灌漿線結(jié)合，延長壩軸線左岸帷幕110m截斷灰?guī)r，終點進入砂頁巖地層20m，讓巖溶防滲與大壩帷幕防滲形成完整屏障。灌漿深度深入穩(wěn)定地下水位及基巖透水率小于5Lu，進入相對隔水層以下5m。但該方案存在如下缺陷：

(1)由于灰?guī)r陡傾，理論上無限延伸，因此，這種處理方式不能完全截斷灰?guī)r，帷幕屬懸掛式，不能確保防滲可靠性。

(2)據(jù)設(shè)計帷幕厚度應(yīng)遵循的原則，本工程含可溶巖層，屬“復雜的地質(zhì)條件”，帷幕鉆孔應(yīng)為兩排或兩排以上，工程量很大。

(3)根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL/T 62-2020)“5.2.4鉆孔孔底允許偏距”的規(guī)定(見表2)，本工程帷幕鉆孔深140m，允許偏距3.5m，即使布置多排鉆孔也不能保證帷幕連續(xù)性，質(zhì)量難以控制。

表2 鉆孔孔底允許偏距

(4)帷幕底承受水頭104.8m，需保證足夠厚度合格帷幕才能在蓄水條件下不被擊穿破壞。

綜上所述，從工程水文地質(zhì)特性看垂直防滲處理方案并不適合本工程。

4.2 水平防滲方案

針對垂直防滲方案存在的弊端，對三種水平防滲方案進行比較：

(1)粘土土工膜防滲。灰?guī)r出露面積1885m2，在灰?guī)r出露面及周邊采用粘土及土工膜鋪蓋并增加截水槽防滲，隔離庫水與巖溶區(qū)水力聯(lián)系，處理面積6944m2。

(2)混凝土面板防滲方案。處理位置及范圍與粘土土工膜防滲方案相同，不同點為清坡整平后采用混凝土面板防滲，面板趾槽進行基礎(chǔ)固結(jié)及防滲處理。

(3)于沖溝口龍馬溪組砂泥巖內(nèi)設(shè)置混凝土重力壩，將庫水與寶塔組灰?guī)r區(qū)隔開。

土工膜和面板防滲方案處理區(qū)內(nèi)最大淹沒水深15m，水頭壓力小，地形以緩坡斜坡為主，方案簡便易行，但需對灰?guī)r區(qū)進行一定深度基礎(chǔ)充填灌漿防止基礎(chǔ)沉陷；重力壩隔離方案在灰?guī)r邊界下游43m(軸線)處修建埋石混凝土重力壩將庫水與灰?guī)r區(qū)隔離，并對重力壩進行基礎(chǔ)固結(jié)灌漿及帷幕防滲處理，可靠性耐久性更優(yōu)，本工程最終推薦重力壩隔離方案。板廠溝水庫防滲處理方案比較情況見表3。

表3 板廠溝水庫防滲處理方案比較

5 結(jié)論

板廠溝水庫正常蓄水位為825.5m，壩前左岸沖溝高程812.5m～825m段出露奧陶系中統(tǒng)寶塔組灰?guī)r，存在巖溶-低鄰谷滲漏條件。為了保證防滲處理方案的正確性，全面查明影響滲漏的主要地質(zhì)缺陷和水文地質(zhì)條件，特別是對于巖溶、順河斷層、裂隙、破碎帶、順層結(jié)構(gòu)面等不良地質(zhì)條件。從工程水文地質(zhì)特性看垂直防滲處理方案并不適合。針對垂直防滲方案存在的弊端，對三種水平防滲方案進行比較，從經(jīng)濟型、可靠性、耐久性綜合考慮，最終推薦重力壩隔離方案。