清鎮市燕尾水庫滲漏分析及防滲設計分析

吳位釗　魏　瀟

（貴陽市水利水電勘測設計研究院貴州貴陽550002）

清鎮市燕尾水庫滲漏分析及防滲設計分析

吳位釗魏瀟

（貴陽市水利水電勘測設計研究院貴州貴陽550002）

受地層巖性及斷層構造影響，清鎮市燕尾水庫水文地質條件較復雜。本文通過對水庫庫尾、鄰谷、庫首進行滲漏分析，根據左、右岸及庫首水文地質特征，提出處理意見及防滲設計方案，并對庫首煤窯采空防滲和地質缺陷提出了工程處理措施，以期為類似案例提供借鑒。

清鎮燕尾水庫；滲漏分析；煤窯采空；防滲設計；處理措施

1　工程概況

清鎮市燕尾水庫位于貴陽市清鎮市站街鎮東南側的趙五寨村境內，距清鎮市區約11.4km。該水庫以清鎮職教城供水為主，同時作為清鎮市應急保障水源的綜合水利工程。大壩壩型為重力壩，最大壩高32m，壩址以上流域集水面積為25.9km2，正常蓄水位高程為1242m，正常蓄水位以下庫容159萬m3，工程等級為Ⅳ級，工程規模為?。?）型。庫區河谷為縱向谷，左岸及庫首為可溶巖與非可溶巖互層或夾層，右岸以強可溶巖為主，巖溶形態發育，加上庫首地質條件較復雜，故形成了可溶巖地層與庫首斷層及采空貫穿分布的滲漏通道。所以，滲漏及大壩基礎地質缺陷處理成為該水庫建壩成庫的主要水文與工程地質問題。

2　水庫區基本地質條件

2.1地形地貌

庫區處于長江流域烏江水系貓跳河一級支流長沖河中游，河流總體由北東流向南西，并于庫首段轉向南東。庫區河段地勢總體北高南低，兩岸峰頂高程多在1300m以上，河床高程1219m～1249m，相對高差70m以上。兩岸坡沖溝發育，坡度多在15°以上，局部為陡壁。由于河谷切割深度不大，且受河流蜿蜒曲折影響，庫首段位于河灣地塊上，近庫首左岸北東側存在大沖沖溝鄰谷，沖溝溝底高程1224m～1250m；近庫首右岸南東側存在羊昌壩沖溝鄰谷，沖溝溝底高程在1222m～1240m，庫首山脊峰頂高程在1267m以上。所以，除庫首地形較單薄且存在低鄰埡口外，大部分山體較雄厚。

庫段河流較平緩，平均比降為0.92%，谷底寬7m～50m，河流切割淺，呈較對稱的淺切寬緩“V”型河谷。河谷兩岸階地較發育，分布少量河床沖積形成的漫灘，形成以低中山溶蝕—侵蝕地貌為主，河谷及階地地貌次之的地貌類型。

2.2地層巖性

庫區內及兩岸出露地層主要為二疊系下統梁山組（P1L）及棲霞、茅口組（P1q+m），上統龍潭組（P2L）及第四系（Q）。巖性由分布于右岸的P1L之石英砂巖夾粘土巖等非可溶巖，及P1q+m之灰巖、白云質灰巖等可溶巖；分布于左岸及庫首的P2L之燧石灰巖等可溶巖與硅質巖、粉砂質泥巖、炭質頁巖、煤等非可溶巖互層或夾層組合而成。其中可溶巖約占地層總厚度的80%。

2.3地質構造

庫區大地構造處于貴陽復雜構造變形區（Ⅰ1A3），為黔北和黔南不同構造變形面貌的過渡地帶中段。區內斷裂褶皺發育，其構造形跡以擠壓型的北東向為主，部分因受后期改造而偏轉呈東西向或北西向，地質構造復雜。與庫區有關的構造主要有柿花樹向斜、破巖斷層、柿花樹斷層及林東斷層，旁側多見小褶曲及派生的小斷層（如f3斷層）。

2.4巖溶水文地質

庫區河谷總體為縱向谷，庫首因受構造影響為近橫向谷。庫區P1q+m及P2l之可溶巖巖溶多平行于構造線發育，富水性很強，為強巖溶含水層。P1L及P2L之碎屑非可溶巖，富水性弱，為弱透水層。

受巖溶地質條件控制，右岸地下水為巖溶管道水或溶蝕裂隙水，左岸及庫首地下水以基巖裂隙水、溶隙水為主，兩岸地下水排泄于最低基準面長沖河內。據調查及鉆孔揭示，兩岸地下水均高于河水，河谷水動力條件屬補給型。但右岸巖溶發育，且受林東沖溝切割及巖層走向控制；庫首受單薄河灣地塊、煤窯采空等影響，而導致地下水呈低、平之特點。左岸沖溝出露泉點較高且流量穩定，地下水分水嶺高且水力坡降大。

3　水庫滲漏分析

3.1庫尾滲漏分析

庫尾見KS2巖溶大泉（高程1242.5m）及流量較小的常流泉水補給庫水，出露高程均高于水庫正常蓄水位，為地下水補給庫水。加上庫尾無低于低矮鄰谷存在，故水庫在正常蓄水位下不會產生庫尾滲漏問題。

3.2左岸滲漏分析

左岸鄰谷大沖沖溝與水庫河谷相距0.3km～0.9km，山體總體較雄厚，庫首段較單薄，大沖沖溝溝底高程1227m～1250m。左岸地層巖性為P2l之碳酸鹽巖與碎屑巖兼層或夾層弱透水層。庫岸沖溝及大沖沖溝庫區側多有常流泉點出露，高程多高于正常蓄水位，枯季流量穩定。故判定左岸地下分水嶺寬厚，且高于水庫正常蓄水位，庫水向大沖沖溝鄰谷產生滲漏的可能性小。

3.3右岸滲漏分析

右岸鄰谷羊昌壩沖溝與水庫河谷相距0.3km～0.6km，山體較雄厚，羊昌壩沖溝溝底高程1223m～1250m。右岸地層巖性主要以P1q+m之碳酸鹽巖強透水層為主，P2l之碳酸鹽巖與碎屑巖兼層或夾層弱透水層次之。受右庫岸地下盲谷影響，岸坡沖溝少有泉點發育，近庫首右岸林東沖溝內發育有KS3巖溶泉水，出露高程1242.3m，與庫尾KS2巖溶大泉出露高程基本持平，均略高于正常蓄水位，流量大且穩定。經庫區巖溶管道調查及連通試驗分析，KS3巖溶泉水主要受白泥壩巖溶管道及兔長坡巖溶管道補給而最終匯入庫區。加上右岸兔長坡附近KW77洼地內ZK5鉆孔揭露其地下水高程為1251.5m，均高于水庫正常蓄水位及KS3巖溶泉水。故基本判定右岸坡地下分水嶺低平，但略高于水庫正常蓄水位，庫水向羊昌壩沖溝鄰谷產生滲漏的可能性小。

3.4庫首滲漏分析

庫首河谷為近橫向谷，巖層傾下游，傾角20°～40°。地層巖性主要為P2l之燧石灰巖與碎屑巖兼層，巖溶弱發育。

（1）庫首左岸外側平行大壩分布大沖沖溝低鄰谷，低于水庫正常蓄水位約17m。據鉆孔壓水資料，強風化及弱風化中上部巖體大多難以加壓，其透水性較強；弱風化中下部至微風化巖體透水性弱，q≤6Lu。受派生f3斷層構造影響及局部燧石灰巖可溶巖控制，部分岸坡地下水直接通過微小巖溶管道或溶蝕裂隙補給河水，左壩肩ZK6鉆孔揭示地下水位低平。故庫水存在繞左壩肩產生滲漏的問題。

（2）河床河心ZK9、ZK10兩個鉆孔均遇承壓水，ZK11鉆孔水位與河床水位基本持平。故判定壩址河床不存在懸拖河情況，庫水在近壩河段通過可溶巖向下游產生深層滲漏的可能性小。但存在繞壩基淺部基巖產生滲漏的問題。

（3）庫首右岸為一河灣地塊，玄長約600m，地形較破碎，外側平行大壩分布羊昌壩沖溝低鄰谷，低于水庫正常蓄水位約20m。據鉆孔壓水資料，強風化及弱風化中上部巖體大多難以加壓，其透水性強；弱風化中下部至微風化巖體透水性弱，q≤5Lu。據右岸ZK13及ZK14鉆孔揭示地下水位均高于河水位而低于水庫正常蓄水位。加上庫首右岸受構造影響，巖體風化較深較強烈，溶蝕裂隙、小型溶管現象較發育。庫水存在繞庫首右岸產生滲漏的問題。

（4）庫首采空滲漏

經調查，壩區采空為當地村民于20世紀末自采小煤窯產生，洞口分布高程1222.1m～1241.8m，多為無序開采，深度十幾米至百余米不等，煤窯已被關停多年，洞口多垮塌或被封堵。

水庫蓄水后將導致庫水入滲、徑流、排泄而滲漏。主要表現以下三個特征：①入滲巖體發育的裂隙、人為采煤通道、非連續零亂挖空區、冒落松動區等均為庫水較通暢入滲、徑流通道，成為煤窯的充水水源，而產生滲漏；②無序采煤破壞煤系地層隔水完整性、地下分水嶺連續性；③兩岸地下分水嶺地帶，煤窯采空無規則，存在滲漏泄水量隨庫水升降而加減的問題。常年蓄水，采煤產生的移動盆地因水動力作用進一步惡化，滲漏徑流通道被侵蝕通暢化，從而將導致庫水滲漏量增大。

水庫蓄水后，產生滲漏的重點部位為庫首壩基（肩）及近壩庫岸的繞壩滲漏及采空滲漏。

4　水庫防滲設計及地質缺陷處理

4.1防滲方案設計

經上述分析知，水庫庫尾、庫腰一帶產生滲漏的可能性小，庫首兩岸及壩基存在滲漏問題，需對采空進行回填封堵，并采用帷幕灌漿進行防滲處理。

為切斷庫水與下游河床及鄰谷的水力聯系，庫首兩岸帷幕灌漿接P2L之碎屑非可溶巖為端點，且滿足正常蓄水位與地下水位交點外延20m；庫首右岸帷幕端點須穿過河灣地塊、斷層及P1m地層。帷幕線長1355m。庫首兩岸因無連續分布的相對隔水層，故為懸帷幕，帷幕底界接至地下水位以下10m～15m，且壓水試驗呂榮值連續三段小于5Lu來控制。采用單排布孔，孔距2m～3m。防滲帷幕灌漿總進尺27547m，其中有效進尺12228m。煤窯采空回填封堵量1030m3。

4.2地質缺陷處理

（1）對壩基開挖揭示的裂縫、斷層、軟弱夾層、破碎石帶等不良地質缺陷可采取同強度等級的混凝土置換處理；

（2）對庫首煤窯采空區采取C20混凝土進行回填封堵；

（3）基巖體接觸帶是加強滲流穩定重點地帶，對于碎屑巖尤為重要，須加強固結灌漿處理；

（4）在進行帷幕灌漿施工中，須加強巖性變化觀察、加強壓水試驗及地下水位變化觀測，根據先導孔及實際地質情況對帷幕灌漿布置進行優化調整；

（5）帷幕灌漿施工中，須加強清孔工作，鉆孔內不得有沉砂等渣質，確保灌漿質量。

5　結語

清鎮市燕尾水庫工程現處于施工初期，仍需要施工開挖進一步的驗證，有待蓄水檢驗。通過本項目的勘察和設計，對該類水庫的前期工作有以下幾點認識：

（1）水庫是否成庫的關鍵在于對滲漏問題處理的成敗，加強野外地質調查、勘探、試驗、調繪等，保證基礎資料的完整性、真實性和準確性，然后通過綜合分析，可縮小結論判斷與現場實際的差異。

（2）查明水庫兩岸地下水分水嶺類型及其與水庫正常蓄水位關系，加強鉆孔水位、常流泉水流量長期觀測和壓水試驗成果的統計分析尤為重要，對水庫滲漏分析和防滲設計具有指導意義，在小型水利水電工程中應引起足夠重視。

（3）可溶巖與非可溶巖互層或夾層地層存在差異風化，施工中應加強地質工作。根據現場開挖揭露地質情況以及帷幕灌漿先導孔和試驗參數，對帷幕灌漿設計進行優化，既可節約工程投資，又可更好的達到防滲效果。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

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