麻溝水庫庫首右岸喀斯特巖溶段防滲帷幕設(shè)計淺析

陳勇（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院貴州貴陽550002）

麻溝水庫庫首右岸喀斯特巖溶段防滲帷幕設(shè)計淺析

陳勇
（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院貴州貴陽550002）

如何有效的針對喀斯特巖溶地基進行防滲帷幕設(shè)計，防止水庫滲漏，對喀斯特地區(qū)水利水電工程有著重要的意義。本文通過對麻溝水庫右岸地質(zhì)情況進行分析，根據(jù)壩基和帷幕先導(dǎo)孔的施工，揭露了壩區(qū)存在的地質(zhì)問題，在查明帷幕地質(zhì)現(xiàn)狀的前提下，對原帷幕設(shè)計進行了必要的修正和調(diào)整，以期為類似案例提供借鑒。

水利工程施工；喀斯特地基；防滲帷幕；灌漿施工；設(shè)計調(diào)整

1　地質(zhì)概況

麻溝水庫庫盆和壩址位于麻溝向斜緊密褶皺帶內(nèi)，次生褶皺、斷裂發(fā)育，巖層產(chǎn)狀多變，主要構(gòu)造有：

（1）黃石窩斷層（F1）：主要分布在右壩肩，斷層走向N60°～80°，傾角SE，傾角70° ～80°，壓性，斷層帶寬1.5m～2m，斷層泥質(zhì)充填，影響帶寬5m～20m。

（2）麻溝斷層（F2）：從壩址河床中部穿過，沿壩址河床近EW向展布，傾角N，傾角60° ～70°，壓性，斷層帶寬1.5m～2m，斷層角礫充填，角礫粒徑0.2cm～10cm，鈣質(zhì)膠結(jié)，影響帶寬3m～5m。右岸主要發(fā)育有2組陡傾角裂隙，①N40°～50°E/NW∠70°～80°；②N80°～85°E/NW∠60°～70°，兩組均顯壓性，延伸長3m～10m，兩組裂隙交錯發(fā)育，形成溶溝溶槽。

麻溝水庫右岸喀斯特工程地質(zhì)條件異常復(fù)雜，喀斯特滲漏對水庫的蓄水影響大，滲漏形式為喀斯特管道型和溶隙分散性，必須重視其對成庫條件的影響。在帷幕設(shè)計中，要針對勘察的不同階段，應(yīng)用合理的勘探手段，對勘探手段和投入勘探工作量進行合理選擇。

2　水庫地質(zhì)分析

外業(yè)地質(zhì)工作重點對喀斯特發(fā)育條件和特點進行有效的調(diào)查和分析，為保證帷幕灌漿設(shè)計的合理性，設(shè)計人員首先開展了地質(zhì)外業(yè)鉆探工作，重點分析外業(yè)工程資料，了解其地質(zhì)問題，能夠針對其施工圖紙，進行喀斯特巖溶調(diào)查，詳細分析地下水和透水性等，具體內(nèi)容如下：

2.1喀斯特巖溶調(diào)查

（1）通過外業(yè)調(diào)查分析，對水庫右岸起控制作用的構(gòu)造斷裂主要有黃石窩斷層（F1）和麻溝斷層（F2）。

（2）現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)右岸河床有S5泉點出露，庫尾右岸料場泉點S4分布，泉眼的存在充分體現(xiàn)喀斯特巖溶通道的一系列特征，為此設(shè)計人員要深入了解地下水的流向和高程分布［1］。

（3）設(shè)計人員要明確水庫內(nèi)部的落水洞與水庫外部的泉點，在庫尾右岸料場泉點S4處落水洞示蹤試驗，示蹤物在河床S5泉點出現(xiàn)，初步判定右岸副壩低矮埡口存在滲漏通道。

2.2地下水調(diào)查

為了準確判斷水庫右岸滲漏通道，設(shè)計人員對工程壩址區(qū)地下水分水嶺的地下水情況進行了詳細調(diào)查，包括地下水位、地下分水嶺的位置等。根據(jù)兩壩肩鉆孔水位觀測資料，兩岸地下水高于河水位，為補給型河床，左岸地下水比降5.2%，右岸地下水比降13.2%。

2.3透水性試驗

通常采用壓水試驗來取得巖體的透水性，分析是否進行防滲帷幕設(shè)計，其試驗結(jié)果的表征方式通常用“數(shù)量”型單位，稱為透水率q，其單位用Lu（呂榮）值來表示。根據(jù)主壩壩址河心鉆孔資料，鉆孔壓水透水性小于5Lu。副壩鉆孔壓水資料顯示，地表淺部強風(fēng)風(fēng)帶巖體透水率較大≥10Lu，弱風(fēng)化以下巖體透水率q≤5Lu，這為帷幕灌漿設(shè)計提供了可靠的依據(jù)［2］。

2.4庫首滲漏分析

庫首由于受黃石窩斷層、麻溝斷層切割，隔水層被錯斷，形成構(gòu)造缺口；河床麻溝斷層（F2）的存在，存在向下游滲漏的可能。右壩肩除了要解決副壩低矮埡口的滲漏問題，還應(yīng)重視黃石窩斷層（F1）滲漏問題。

3　庫首右岸防滲帷幕設(shè)計

麻溝水庫右岸存在低矮埡口和滲漏通道，初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段均采用技術(shù)性、可靠性較強的帷幕灌漿方案，以封堵喀斯特滲漏通道及溶隙的分散性通道，提高庫內(nèi)地下水位，達到水庫正常蓄水的目的，帷幕設(shè)計的內(nèi)容包括帷幕線位置、帷幕設(shè)計深度、帷幕灌漿工藝和參數(shù)等［3］。

3.1帷幕線位置選擇

在設(shè)計勘察中發(fā)現(xiàn)，水庫右岸的地形具有較大起伏，并存有低矮埡口，在進行帷幕設(shè)計中，要認真比對。如果在設(shè)計運作中想要節(jié)省工程量，需要參考當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，將帷幕設(shè)置在可能出現(xiàn)滲漏的位置，平面上垂直于地下水方向布設(shè)，見圖1。右岸防滲經(jīng)副壩埡口，橫穿黃石窩斷層（F1），端點接黃石窩斷層NW翼相對完整的T1y3相對隔水層。

3.2帷幕設(shè)計深度

水庫右岸出露地層巖性較為均勻，產(chǎn)狀平緩，厚度在100m以上，且無可靠的隔水層分布，因此，采用懸掛式帷幕。帷幕深度根據(jù)勘探孔查明的地下水位確定，帷幕深度以巖體單位吸水量q=5Lu等值線以下15m作為帷幕的第界，端點按正常水位與地下水位的交點作控制。

3.3帷幕灌漿工藝和參數(shù)

由于水庫右岸具有喀斯特管道型和溶隙分散性的滲漏特征，故根據(jù)不同的滲漏形式采用不同的灌漿工藝和參數(shù)。

設(shè)計人員要明確水庫右岸的喀斯特管道類型，以及溶隙分散性的特征，通過不同形式的滲漏，選取最適合的參數(shù)進行比對［4］。

（1）在水庫右岸，針對滲漏選取孔距為3m單排帷幕，那么要保證麻溝和黃石窩斷層在適當(dāng)?shù)奈恢茫⒗每拙酁?m和排距為2m的雙排帷幕。帷幕的灌漿需要按照合理的排序進行，首先是雙排帷幕，其次是下游排，再次是上游排施工，最后進行正式帷幕灌漿。在此之前，設(shè)計人員要保證先導(dǎo)孔施工，并查明地質(zhì)情況，為帷幕設(shè)計奠定較好的基礎(chǔ)。

（2）帷幕灌漿的方法，主要選取自上而下的分段灌注法。段長為5.0m，對特殊地段應(yīng)縮短段長進行專門處理，保證灌漿效果。

（3）帷幕灌漿壓力按實際水頭壓力的2倍考慮，根據(jù)鉆孔資料初擬帷幕起始段灌漿壓力為0.7MPa，孔底段為1.0MPa～1.2MPa。

（5）灌漿材料以P.O42.5普通硅酸鹽水泥為主，對大的溶隙、溶溝、溶槽、溶洞可摻入粉煤灰或砂石骨料。

4　施工過程中揭露的地質(zhì)條件及防滲帷幕灌漿調(diào)整

4.1施工揭露的地質(zhì)條件

麻溝水庫通過主壩壩基、副壩壩基、右岸帷幕先導(dǎo)孔實施情況，揭露了較多的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)信息，闡述如下：

（1）主壩壩基

開挖揭露在右壩基偏上游側(cè)岸坡有一泉眼（S5）出露，泉水出流較大，汛期3L/s～5L/s，枯季0.8L/s～0.9 L/s，經(jīng)在S4露天泉眼進行連通試驗，熒光粉從S5泉眼流出。再加之主壩右岸坡趾板壩基1008.0m高程揭露出F斷層，斷層內(nèi)有水滲出。

（2）副壩壩基

開挖揭露趾板溶蝕槽谷發(fā)育，在實施過程中，ZK9、ZK16和ZK20孔趾板下部發(fā)現(xiàn)2.4m～3.2m的溶洞空腔，深度在趾板以下6m～14m。為查明壩基隱伏溶洞，在副壩基礎(chǔ)區(qū)進行了地質(zhì)雷達勘探測試，探測結(jié)果顯示在不同深度、不同位置均分布有單個孤立溶洞，溶洞規(guī)模較小，埋深較淺［5］。經(jīng)在副壩埡口作連通試驗，熒光粉在主壩基坑S5泉眼流出，由此判斷副壩埡口深部存在滲漏通道。

（3）右岸帷幕先導(dǎo)孔實施情況

根據(jù)右岸先導(dǎo)孔373#、398#孔資料顯示，兩先導(dǎo)孔地下水位均較低，存在地下水位低槽帶，通過在先導(dǎo)孔398#孔內(nèi)采用注水投熒光粉跟蹤試驗，熒光粉在主壩基坑流出，初步判定右岸沿T1y3-4灰?guī)r地層存在向主壩泉點滲漏的巖溶通道。

4.2防滲帷幕灌漿調(diào)整

通過右岸先導(dǎo)孔施工、主壩和副壩壩基開挖揭露，以及采用熒光粉跟蹤試驗和地質(zhì)雷達勘探，表明右岸實際地質(zhì)條件較帷幕設(shè)計時所獲取的資料有較大的差異，為封閉巖溶管道，需對原帷幕灌漿設(shè)計作出調(diào)整，具體為：

（1）為截斷主壩右岸趾板基礎(chǔ)F斷層滲水，將防滲帷幕190#孔至241#孔段灌漿孔由原單排孔調(diào)整為雙排，帷幕下限不變。

（2）副壩壩基下部存在巖溶滲漏通道，為截斷溶滲漏通道，將防滲帷幕289#孔至331#孔段灌漿孔由單排孔調(diào)整為雙排，同時加深灌漿孔。

（3）鑒于先導(dǎo)孔398#孔存在地下水位低槽帶，故對滲帷幕灌漿端點進行延伸，橫向截斷T1y3-4灰?guī)r，同時在右岸泉點S4出露處（環(huán)湖路附近）增加一排防滲帷幕，以期達到多層阻隔，封閉巖溶通道。

通過以上帷幕灌漿調(diào)整處理后，再次在泉點S4采取堵水連通試驗，未見熒光粉從主壩基坑滲出，實測泉點S5滲水量也由原來的枯季0.8L/s～0.9L/s減小為0.1L/s，防滲效果明顯。

圖1　右岸防滲帷幕布置示意圖

5　結(jié)語

（1）麻溝水庫右岸喀斯特工程地質(zhì)條件異常復(fù)雜，喀斯特滲漏對水庫的蓄水影響大，滲漏形式為喀斯特管道型和溶隙分散性，必須重視其對成庫條件的影響。

（2）麻溝水庫在帷幕設(shè)計中，需要掌握勘探技術(shù)，并在勘察的不同階段，應(yīng)用合理的勘探手段。在實際工作中，勘探手段和投入勘探工作量的選擇，對工程區(qū)有著明顯的影響，所以，設(shè)計人員要充分利用施工階段揭露的地質(zhì)條件修正、優(yōu)化和調(diào)整帷幕設(shè)計，這對確保巖溶地區(qū)防滲帷幕灌漿質(zhì)量和防滲效果至關(guān)重要。

（3）帷幕灌漿經(jīng)設(shè)計調(diào)整后，水庫已下閘蓄水，經(jīng)觀測主要可疑滲漏帶未見滲漏，水庫初期運行良好，帷幕灌漿達到預(yù)期效果。陜西水利

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［4］鄭克勛，張國軍.窄巷口水電站左岸防滲線喀斯特滲漏管道探測研究［J］.貴州水力發(fā)電，2012，02:10-11.

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（責(zé)任編輯：暢妮）

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