麻溝水庫庫首右岸喀斯特巖溶段防滲帷幕設計淺析

陳勇（貴州省水利水電勘測設計研究院貴州貴陽550002）

麻溝水庫庫首右岸喀斯特巖溶段防滲帷幕設計淺析

陳勇
（貴州省水利水電勘測設計研究院貴州貴陽550002）

如何有效的針對喀斯特巖溶地基進行防滲帷幕設計，防止水庫滲漏，對喀斯特地區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情況進行分析，根據壩基和帷幕先導孔的施工，揭露了壩區存在的地質問題，在查明帷幕地質現狀的前提下，對原帷幕設計進行了必要的修正和調整，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；設計調整

1　地質概況

麻溝水庫庫盆和壩址位于麻溝向斜緊密褶皺帶內，次生褶皺、斷裂發育，巖層產狀多變，主要構造有：

（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，鈣質膠結，影響帶寬3m～5m。右岸主要發育有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，兩組裂隙交錯發育，形成溶溝溶槽。

麻溝水庫右岸喀斯特工程地質條件異常復雜，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。在帷幕設計中，要針對勘察的不同階段，應用合理的勘探手段，對勘探手段和投入勘探工作量進行合理選擇。

2　水庫地質分析

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

2.1喀斯特巖溶調查

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

（2）現場調查發現右岸河床有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喀斯特巖溶通道的一系列特征，為此設計人員要深入了解地下水的流向和高程分布［1］。

（3）設計人員要明確水庫內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，初步判定右岸副壩低矮埡口存在滲漏通道。

2.2地下水調查

為了準確判斷水庫右岸滲漏通道，設計人員對工程壩址區地下水分水嶺的地下水情況進行了詳細調查，包括地下水位、地下分水嶺的位置等。根據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計，其試驗結果的表征方式通常用“數量”型單位，稱為透水率q，其單位用Lu（呂榮）值來表示。根據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，地表淺部強風風帶巖體透水率較大≥10Lu，弱風化以下巖體透水率q≤5Lu，這為帷幕灌漿設計提供了可靠的依據［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，還應重視黃石窩斷層（F1）滲漏問題。

3　庫首右岸防滲帷幕設計

麻溝水庫右岸存在低矮埡口和滲漏通道，初步設計和施工圖設計階段均采用技術性、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，提高庫內地下水位，達到水庫正常蓄水的目的，帷幕設計的內容包括帷幕線位置、帷幕設計深度、帷幕灌漿工藝和參數等［3］。

3.1帷幕線位置選擇

在設計勘察中發現，水庫右岸的地形具有較大起伏，并存有低矮埡口，在進行帷幕設計中，要認真比對。如果在設計運作中想要節省工程量，需要參考當地的地質情況，將帷幕設置在可能出現滲漏的位置，平面上垂直于地下水方向布設，見圖1。右岸防滲經副壩埡口，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帷幕設計深度

水庫右岸出露地層巖性較為均勻，產狀平緩，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

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，故根據不同的滲漏形式采用不同的灌漿工藝和參數。

設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的位置，并利用孔距為3m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，設計人員要保證先導孔施工，并查明地質情況，為帷幕設計奠定較好的基礎。

（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條件及防滲帷幕灌漿調整

4.1施工揭露的地質條件

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

（1）主壩壩基

開挖揭露在右壩基偏上游側岸坡有一泉眼（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，斷層內有水滲出。

（2）副壩壩基

開挖揭露趾板溶蝕槽谷發育，在實施過程中，ZK9、ZK16和ZK20孔趾板下部發現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，在副壩基礎區進行了地質雷達勘探測試，探測結果顯示在不同深度、不同位置均分布有單個孤立溶洞，溶洞規模較小，埋深較淺［5］。經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）右岸帷幕先導孔實施情況

根據右岸先導孔373#、398#孔資料顯示，兩先導孔地下水位均較低，存在地下水位低槽帶，通過在先導孔398#孔內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灰巖地層存在向主壩泉點滲漏的巖溶通道。

4.2防滲帷幕灌漿調整

通過右岸先導孔施工、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雷達勘探，表明右岸實際地質條件較帷幕設計時所獲取的資料有較大的差異，為封閉巖溶管道，需對原帷幕灌漿設計作出調整，具體為：

（1）為截斷主壩右岸趾板基礎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整為雙排，同時加深灌漿孔。

（3）鑒于先導孔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灰巖，同時在右岸泉點S4出露處（環湖路附近）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　結語

（1）麻溝水庫右岸喀斯特工程地質條件異常復雜，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）麻溝水庫在帷幕設計中，需要掌握勘探技術，并在勘察的不同階段，應用合理的勘探手段。在實際工作中，勘探手段和投入勘探工作量的選擇，對工程區有著明顯的影響，所以，設計人員要充分利用施工階段揭露的地質條件修正、優化和調整帷幕設計，這對確保巖溶地區防滲帷幕灌漿質量和防滲效果至關重要。

（3）帷幕灌漿經設計調整后，水庫已下閘蓄水，經觀測主要可疑滲漏帶未見滲漏，水庫初期運行良好，帷幕灌漿達到預期效果。陜西水利

［1］張關.貴州省銅仁市天生橋水電站防滲帷幕設計及優化［J］.人民珠江，2009，01: 44-46.

［2］楊強，龔登峰.黃花寨水電站右岸喀斯特滲漏問題研究［J］.貴州水力發電，2009，06: 18-21.

［3］石佳，劉勇.花溪水庫擴建加高工程右岸喀斯特洞穴防滲堵漏處理措施及效果分析［J］.貴州水力發電，2009，06:58-61.

［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］.貴州水力發電，2012，02:10-11.

［5］肖萬春.水庫巖溶滲漏勘察技術要點與方法研究［J］.水力發電，2008，07:52-55.

（責任編輯：暢妮）

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