貴州省盤(pán)縣團(tuán)結(jié)水庫(kù)滲漏分析及處理

蘇貴紅，王銀軍

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽(yáng) 550002)

1 工程概況

團(tuán)結(jié)水庫(kù)位于盤(pán)縣柏果鎮(zhèn)的銅廠溝村境內(nèi)，距盤(pán)縣縣城47 km，有公路直通庫(kù)區(qū)附近，交通較為便利。水庫(kù)位于珠江流域北盤(pán)江水系大水溝支流河上，壩址以上流域集水面積為4.25 km2，多年平均流量為0.059 m3/s，大壩為三合土砌石重力壩，最大壩高20.70 m，壩頂寬為3.7 m，壩頂高程為1 988 m，正常蓄水位(1 987.15 m)以下庫(kù)容 43.2 萬(wàn) m3，為小(2)型水庫(kù)，工程主要以灌溉、供水為主。水庫(kù)自1975年12月建成蓄水后，隨即發(fā)現(xiàn)庫(kù)首滲漏嚴(yán)重，兩岸庫(kù)水明顯向山體補(bǔ)給，右岸河床一帶有明顯“漩渦”。水庫(kù)漏空后檢查發(fā)現(xiàn)，庫(kù)首兩岸可溶巖分布地段，構(gòu)造裂隙發(fā)育，庫(kù)水沿裂隙向兩岸山體滲漏，庫(kù)底右岸發(fā)現(xiàn)直徑約1.5 m左右的滲漏塌坑(K1溶洞)。針對(duì)K1溶洞，采用擴(kuò)挖后用石灰黃泥填筑夯實(shí)處理;對(duì)兩岸坡采用漿砌塊石覆蓋處理，連續(xù)處理兩年后，水庫(kù)依舊滲漏嚴(yán)重，在K1滲漏塌坑附近出現(xiàn)了新的滲漏塌坑(K2)，以致水庫(kù)至今一直未能正常蓄水。2010年水庫(kù)安全復(fù)核評(píng)價(jià)結(jié)論如下:大壩防洪安全、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)安全均為C級(jí)，水庫(kù)大壩屬三類(lèi)壩，需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

水庫(kù)位于山盆期剝夷面上，地勢(shì)較高，水庫(kù)洄水長(zhǎng)約0.6 km，地形封閉，無(wú)低埡口，兩岸山體寬厚，山體高程均在2 010 m以上;左、右岸存在低鄰谷，左岸低鄰谷高程為1 975 m左右，鄰谷間分布地層為P2q1碎屑巖;右岸低鄰谷為拖長(zhǎng)江，河面高程為1 520 m左右，鄰谷為C2hn、C3mp、P2q2、P2m 碳酸鹽巖與 P2q1碎屑巖、P3β 火成巖相間分布。碳酸鹽巖出露區(qū)，洼地、落水洞等發(fā)育，形成峰叢、峰林洼地、谷地。火成巖、碎屑巖出露區(qū)由于風(fēng)化強(qiáng)烈，受地表水沖刷嚴(yán)重，溝谷縱橫[1－2]。水庫(kù)兩岸碎屑巖分布區(qū)松林生長(zhǎng)茂密，庫(kù)首及水庫(kù)右岸碳酸鹽巖、火成巖分布區(qū)多為灌木，森林覆蓋率低。

2.2 地層巖性

庫(kù)內(nèi)出露地層為二疊系中統(tǒng)棲霞組第一段(P2q1)灰白、黃褐色中厚層石英砂巖夾黃、灰黑色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及薄煤層，厚80～187 m，主要分布在庫(kù)盆以及水庫(kù)左岸。棲霞組第二段(P2q2)上部深灰色或淺灰色塊狀灰?guī)r、淺灰色厚層斑塊狀白云巖質(zhì)灰?guī)r，下部灰、灰黑色中厚層灰?guī)r夾黑色頁(yè)片狀泥灰?guī)r，厚99～228 m，主要分布在庫(kù)首以及水庫(kù)右岸。第四系(Q)沖洪積砂礫石、崩塌堆積體以及粘土夾碎石等，厚0～30 m，主要分布在緩坡、庫(kù)盆以及沖溝底部。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

水庫(kù)東南側(cè)發(fā)育大水溝斷層(F6)，北北東向，逆斷層，斷距30～50 m，延伸7～10 km。水庫(kù)西北側(cè)發(fā)育銅廠溝斷層(F3)，北北東向，逆斷層，斷距50～100 m，延伸13 km。水庫(kù)位于兩斷層挾持帶上，受其影響，庫(kù)區(qū)附近還發(fā)育有F4、F5兩條次級(jí)斷層，其延伸1.0～1.5 km，斷距5～10 m。受斷層影響，巖層產(chǎn)狀存在變化，為74°～115°∠32°～35°，溝谷總體上呈橫向谷。

3 巖溶、水文地質(zhì)條件

3.1 巖溶

庫(kù)區(qū)碳酸鹽巖主要分布于庫(kù)首及水庫(kù)右岸，為P2q2塊狀灰?guī)r、厚層斑塊狀白云質(zhì)灰?guī)r。據(jù)調(diào)查，庫(kù)區(qū)內(nèi)發(fā)育落水洞、溶洞共6個(gè)，洼地1個(gè)，均位于庫(kù)首右岸、斷層F5附近。除溶洞K4洞口出露高程為2 005.6 m 高于正常蓄水位外，其余 K1、K2、K3、K5、K6洞口出露高程分別為 1 978.3 m、1 978.3 m、1 988.9 m、1 979.1 m及1 978.9 m，均低于正常蓄水位(1 987.15 m)或位于其附近。此外，據(jù)觀察F5斷層帶上發(fā)育的K4溶洞在冬季陰雨天向洞外冒霧氣，說(shuō)明該溶洞發(fā)育很深。因此，推測(cè)沿F5斷層發(fā)育有巖溶管道，該管道與沿F6斷層發(fā)育的巖溶管道相連。地表還發(fā)育溶溝、溶槽以及石芽等。巖溶強(qiáng)發(fā)育。

3.2 水文地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)分布的大部分地層為P2q1灰白、黃褐色中厚層石英砂巖夾黃、灰黑色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及薄煤層，厚80～187 m;僅庫(kù)首及水庫(kù)右岸分布P2q2塊狀灰?guī)r、厚層斑塊狀白云質(zhì)灰?guī)r。其中，P2q1地層為相對(duì)隔水層，其厚度＞80 m，隔水性能可靠;P2q2地層落水洞、溶洞、洼地等巖溶發(fā)育，為強(qiáng)巖溶透水層。

據(jù)調(diào)查，水庫(kù)周?chē)樾紟r分布區(qū)泉點(diǎn)出露較多，為侵蝕型泉水。庫(kù)區(qū)左岸以及右岸靠庫(kù)岸的地下水以大水溝為相對(duì)排泄基準(zhǔn)面，右岸稍遠(yuǎn)離庫(kù)岸的地下水以拖長(zhǎng)江(河水位高程1 520 m)為相對(duì)排泄基準(zhǔn)面。

區(qū)內(nèi)地下水主要分為基巖裂隙水、巖溶水以及孔隙水。

(1)基巖裂隙水:主要分布于水庫(kù)左岸、上游以及右岸靠庫(kù)尾的P2q1碎屑巖、P3β火成巖出露區(qū)，接受大氣降水補(bǔ)給，通過(guò)基巖裂隙徑流，多排泄于大水溝沖溝底部附近，其特點(diǎn)是埋藏淺，水量小，徑流短。

(2)巖溶水:主要分布在庫(kù)首及水庫(kù)右岸P2q2碳酸鹽巖出露區(qū)，通過(guò)基巖裂隙、巖溶裂隙、落水洞等通道接受大氣降水補(bǔ)給，匯流于巖溶管道、洞穴等，排泄于拖長(zhǎng)江，其特點(diǎn)是埋藏深，水量大，徑流遠(yuǎn)。

(3)孔隙水:主要賦存在覆蓋層內(nèi)，分布廣泛，尤以火成巖、碎屑巖分布區(qū)以及沖溝底部最為豐富，通過(guò)覆蓋層孔隙接受大氣降水補(bǔ)給，通過(guò)孔隙徑流，排泄于低洼地帶，其特點(diǎn)是埋藏淺，水量小，徑流短。

4 水庫(kù)滲漏

水庫(kù)正常蓄水位高程1 987.15 m，正常蓄水位以下大部分庫(kù)盆分布地層為P2q1灰白、黃褐色中厚層石英砂巖夾黃、灰黑色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及薄煤層，僅庫(kù)首及右?guī)焓字链髱r腳一帶分布P2q2深灰色或淺灰色塊狀灰?guī)r、淺灰色厚層斑塊狀白云巖質(zhì)灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀 74°～115°∠32°～35°，總體傾下游;在庫(kù)首一帶，P2q1碎屑巖下伏于P2q2碳酸鹽巖之下。

據(jù)調(diào)查(見(jiàn)圖1)，庫(kù)內(nèi)P2q1碎屑巖為相對(duì)隔水層，分布區(qū)地下水出露較多，且出露位置較高，補(bǔ)給水庫(kù)，其隔水能力可靠;庫(kù)首及右?guī)焓字链髱r腳一帶分布的P2q2碳酸鹽巖為強(qiáng)巖溶透水層，分布區(qū)地表沒(méi)有地下水出露跡象，地表落水洞、溶洞、洼地等巖溶發(fā)育。水庫(kù)滲漏帶主要位于庫(kù)首及右?guī)焓住髱r腳一帶，其理由有三:①右?guī)焓滓粠2q1碎屑巖與P2q2碳酸鹽巖相接觸，同時(shí)，斷層F5穿越水庫(kù)庫(kù)盆及右壩肩，與右壩肩直線(xiàn)距離約80 m，斷層為正斷層，破碎帶寬2～4 m，影響帶寬30～50 m。受地層接觸關(guān)系以及斷層影響，庫(kù)首右岸、斷層帶附近發(fā)育6個(gè)落水洞(溶洞)，除溶洞K4洞口出露高程為2 005.6 m，高于正常蓄水位外，其余K1、K2、K3、K5、K6 洞口出露高程分別為1 978.3 m、1 978.3 m、1 988.9 m、1 979.1 m 及1 978.9 m，均低于正常蓄水位(1 987.15 m)或位于其附近(見(jiàn)圖1)。②右?guī)焓滓粠У叵滤惠^低，據(jù)該位置水文孔ZK4、ZK5水位觀測(cè)，其水位高程分別為1 956.3 m、1 950.7 m，均低于水庫(kù)庫(kù)盆高程1 978 m。③右岸庫(kù)首一帶巖體破碎，據(jù)庫(kù)首右岸的鉆孔ZK4、ZK5共進(jìn)行的18段壓(注)水試驗(yàn)[3]結(jié)果看，其注水達(dá)6段，占總壓(注)水試驗(yàn)的33%，壓(注)水試驗(yàn)透水率＞3 Lu占總壓(注)水試驗(yàn)的44%，均位于1 957 m高程以上。由此可見(jiàn)，庫(kù)首右岸在1 957 m高程以上巖體破碎，透水能力強(qiáng)。

圖1 庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)圖Fig.1 The hydrologic geological map of reservoir area

因此，庫(kù)水通過(guò) K1、K2、K3、K5、K6 等落水洞、溶洞以及裂隙等滲漏，然后沿F5斷層及地層接觸帶發(fā)育的巖溶管道匯于沿F6斷層發(fā)育的推測(cè)巖溶管道向水庫(kù)下游遠(yuǎn)處排泄，水庫(kù)庫(kù)首一帶存在嚴(yán)重的巖溶管道滲漏、裂隙滲漏問(wèn)題。由于水庫(kù)庫(kù)區(qū)與低鄰谷間存在厚度巨大的相對(duì)隔水層，水庫(kù)無(wú)向兩岸低鄰谷滲漏問(wèn)題。

5 防滲處理方案

5.1 原防滲方案

圖2 防滲剖面圖Fig.2 The section of seepage prevention

水庫(kù)庫(kù)首一帶存在嚴(yán)重的巖溶管道滲漏、裂隙滲漏問(wèn)題及繞壩基(肩)滲漏問(wèn)題。水庫(kù)防滲主要針對(duì)庫(kù)首及壩基(肩)進(jìn)行。由于水庫(kù)滲漏邊界明朗，滲漏范圍小，同時(shí)，水庫(kù)巖溶呈管道型滲漏、裂隙型滲漏等多種滲漏形式存在，滲漏嚴(yán)重。因此，建議采取堵(堵洞)、鋪(鋪膜)、灌(灌漿)相結(jié)合的方法進(jìn)行防滲[4]。對(duì)大的落水洞進(jìn)行封堵，再用土工膜對(duì)裂隙、小溶洞、小溶孔發(fā)育帶進(jìn)行鋪蓋，最后對(duì)滲漏帶進(jìn)行帷幕灌漿。

防滲帷幕采取全帷幕形式，以下伏的P2q1碎屑巖作為防滲底界，兩端接正常蓄水位與碎屑巖的交點(diǎn)，防滲邊界明晰。兩邊界為正常蓄水位(1 987.15)與P2q1砂泥巖交點(diǎn)，底界以壓水試驗(yàn)呂榮值≤3 Lu，同時(shí)深入泥巖5 m控制(見(jiàn)圖2)。左岸帷幕長(zhǎng)115.00 m，大壩段帷幕長(zhǎng)66.08 m，右岸帷幕長(zhǎng)321.54 m，帷幕總長(zhǎng)502.62 m，防滲總面積約 16 737 m2。

5.2 施工揭露及防滲方案調(diào)整

水庫(kù)于2012年對(duì)防滲工作施工，在右岸長(zhǎng)320 m帷幕線(xiàn)上，共揭露大大小小溶洞19個(gè)，平均100 m帷幕線(xiàn)約發(fā)育6個(gè)溶洞，溶洞均沿SE方向裂隙溶蝕擴(kuò)大而成，溶洞大體呈橢圓狀，短軸向長(zhǎng)約3～90 cm，長(zhǎng)軸向長(zhǎng)約45～300 cm不等，大多無(wú)充填，發(fā)育可見(jiàn)深度＞3 m。帷幕線(xiàn)上共施工了8個(gè)先導(dǎo)孔，共作了50段壓水試驗(yàn)，其中5段巖體透水率10.5～28.5 Lu，占10%;其余45段只能作注水試驗(yàn)，占90%。以上揭露情況說(shuō)明，沿帷幕線(xiàn)灰?guī)r段巖溶發(fā)育，巖體透水率較大，若按常規(guī)對(duì)灰?guī)r段作灌漿處理，其耗灰量將大量增加，且防滲質(zhì)量難以保證。鑒于以上情況，設(shè)計(jì)對(duì)防滲方案作調(diào)整，對(duì)岸坡灰?guī)r巖溶發(fā)育、透水率大的地段，采用土工膜鋪蓋防滲;對(duì)庫(kù)底砂泥巖分布段采用灌漿處理，防滲底界以深入弱風(fēng)化巖體5 m控制。帷幕總長(zhǎng)411 m，防滲面積約11 260 m2;鋪蓋防滲面積約6 596 m2。

6 防滲處理效果

施工中對(duì)已發(fā)現(xiàn)的三個(gè)滲漏點(diǎn)K1、K2、K5采用擴(kuò)挖清洗后，澆筑C15埋石砼封堵，地表用C15Φ16@200鋼筋砼鋪蓋。施工中使用復(fù)合土工膜10 680.51 m2，土石夯實(shí)回填46 174.35 m3，粘土回填4 439.39 m3，粗砂墊層 970.88 m3，C15 砼預(yù)制板 776.70 m3，淤泥開(kāi)挖18 554.11 m3，帷幕灌漿 2 069.4 m。

本工程于2014年5月20日全部竣工 ，目前水位已蓄至1 979.2 m。改變了過(guò)去水庫(kù)“白天裝太陽(yáng)，晚上裝月亮”的局面。

7 結(jié)束語(yǔ)

團(tuán)結(jié)水庫(kù)所處地理位置較高，對(duì)下游灌溉、供水均采用自流方式，經(jīng)濟(jì)效益好。本次工作中，查明了水庫(kù)滲漏方式、滲漏途徑，結(jié)合施工揭露情況，對(duì)防滲方案做了及時(shí)調(diào)整，防滲取得了很好效果。但水庫(kù)巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜、地表集水面積小、基流小，對(duì)水庫(kù)防滲處理要求高。帷幕穩(wěn)定性、土工膜變形、老化等對(duì)水庫(kù)蓄水影響較大，必須作長(zhǎng)期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

[1] 彭土標(biāo)，袁建新，王恵明，等.水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2011.

[2] 王大純，張人權(quán)，史毅紅.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社，1986:7－9.

[3] 地質(zhì)礦產(chǎn)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究隊(duì).供水水文地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:地質(zhì)出版社，1978:706－708.

[4] 付彥，王穎，張靜秋.紅興水庫(kù)滲漏原因分析及防滲措施研究[J].黑龍江水專(zhuān)學(xué)報(bào)，2006(4):55－58.