小排吾水庫巖溶滲漏問題研究

彭鵬程　李擇衛

（湖南省水利水電勘測設計研究總院　　長沙市　410007）

小排吾水庫巖溶滲漏問題研究

彭鵬程李擇衛

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

小排吾水庫巖溶滲漏問題嚴重［1］，但巖溶滲漏通道一直未查明。根據小排吾水庫壩址區的基本地質條件，結合平面巖溶形態調查、水文地質調查、剖面巖溶形態分布等資料綜合分析，逐漸剖析出小排吾水庫壩址區的巖溶發育特征及基本規律，成功查明了水庫壩址區的主要巖溶滲漏通道，提供了相應的處理思路，為研究水庫類似巖溶滲漏問題提供了工作思路與方向。

巖溶滲漏示蹤試驗

1 工程概況

小排吾水庫位于花垣縣小排吾鄉境內，為沅水三級支流的兄弟河上游，總庫容1175萬m3，正常蓄水位581.0m，正常庫容1020萬m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水、發電、養殖等綜合效益的重點中型水利工程。

樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水設施等建筑物組成，主、副壩均為粘土均質壩，其中主壩最大壩高38.00m，壩頂高程585.5m，壩頂寬4.5m，壩頂軸線長125 m；副壩最大壩高8.4m，壩頂高程585.50m，壩頂寬5.3m，壩頂軸線長130m。

小排吾水庫于1966年開工興建，至1981年建成。因水庫處于強巖溶區，在水庫建設期及運行期間，水庫建設方及管理方對小排吾水庫進行了多次防滲處理，但因缺乏系統勘察，防滲處理措施沒有針對性、沒有重點，雖然投入較大，但并未達到預期的處理效果，巖溶滲漏問題仍然嚴重，導致水庫至今仍不能正常蓄水，成為湖南省知名的病險水庫。

2 壩址工程地質條件簡介

通過對小排吾水庫庫盆地形、巖性、構造及巖溶水文地質條件的的深入調查、觀測，證實水庫向左岸兩岸均不會產生滲漏，只在壩址區存在向下游方向的嚴重滲漏問題，因此，研究水庫的巖溶滲漏問題，實際上就是研究水庫壩址區的巖溶滲漏問題。

壩址區工程地質示意圖見圖1。

圖1　壩址區工程地質示意圖

2.1地形地貌

壩址區河流由北東向流入壩址后折向北西。主壩區河谷呈不對稱的“U”型，河谷寬（40～50）m，河床高程（548.5～549.0）m。主壩左壩肩接小山體，小山體左側北西方向分布一埡口——夯彩埡口，埡口高程（583～586）m，埡口左側山脊走向呈北西向。主壩右壩肩與一孤立的溶蝕殘丘相接，殘丘高程略高于壩頂，殘丘右側為一平緩開闊的低矮埡口，最低高程577m，為副壩所在地，副壩右側與溶蝕臺地相接。

2.2地層巖性

壩基地層主要有［2］：

（1）寒武系下統清虛洞組（∈1q），可細分為兩個巖組：

第一巖組（∈1q1）：為灰、深灰色薄～中厚層狀泥質條帶灰巖。

第二巖組（∈1q2）：為淺灰、深灰色中厚～巨厚層狀泥質條帶灰巖、灰巖、灰質白云巖夾粉砂質灰巖、泥質灰巖、泥灰巖等，部分受構造影響，相變為白云巖。

（2）寒武系中上統婁山關群（∈2+3）

為灰白、淺肉紅色厚～巨厚層細～粗粒結晶白云巖，下部夾少量灰白色灰質白云巖。

2.3地質構造

壩址區河流為縱向谷，巖層呈單斜構造。巖層產狀主要為：N10～40°E·SE∠10～30°，傾向右岸。左岸夯彩埡口附近巖層受F2斷層影響，巖層呈波狀起伏，傾角5～12°。

壩址區共查明10條規模大小不一的斷層，斷層構造以NNE向為主，其次為NE向，傾角多陡立。較大的斷裂構造為區域性小排吾斷層（F2），自左壩肩至下游W3巖溶泉連線方向通過，產狀：N20～30°E· SE∠60～70°，破碎帶寬（7～10）m，由斷層角礫巖、斷層泥組成，鈣質或鈣泥質膠結，其余斷層規模相對較小。壩址區橫河向及斜向向的節理面均較發育。

3 壩址區巖溶水文地質條件

為查明壩址區巖溶水文地質條件，在壩址區進行了平面巖溶水文地質調查，沿壩軸線進行了工程地質鉆孔勘探及物探，并進行了流量觀測及地下水示蹤試驗。

3.1平面巖溶及泉井調查

（1）巖溶調查。

壩址區地面巖溶形態主要有溶洞、落水洞、漏斗、溶槽等。

在壩址區共調查到1處溶洞RD1，位于左岸山坡庫內，溶洞進口底板高程562.1m，發育于∈1q薄層泥質條帶灰巖中，順層面發育，洞口高6m，往洞內高程逐漸降低，施工期曾將此洞作為導流洞，為庫水主要滲漏入口之一，人可進入深度超過20m。

調查到26處漏斗，其特征見表1。

表1　壩址區主要巖溶漏斗特征

（2）泉井調查。

壩址左岸發育一條沖溝小排吾溪，溪溝中長年水流不斷。

壩址區共調查到巖溶泉3處，其特征見表2。

表2　小排吾水庫壩址區巖溶泉調查表

3.2壩軸線剖面巖溶形態分布

采取鉆探揭露，并配合物探（電法及鉆孔電磁波透視法）勘察，將主、副壩壩軸線剖面下部查到的溶洞及強溶蝕區示意如圖2。

3.3地下水示蹤試驗分析

為查明壩址區地下巖溶水的流向、庫水與下游W2、W3巖溶泉的補排關系，分析壩址區主要巖溶滲漏道在壩基、壩肩的具位位置及大致深度，在地質勘察過程中，共進行了10多次地下水示蹤試驗，試驗結果如下：

（1）自RD1溶洞流入的水流，自夯彩埡口下游的W3巖溶泉流出。

圖2　鉆孔及物探揭露的溶洞及強溶蝕區示意圖

（2）夯彩埡口中部與W3巖溶泉連通性極好，埡口左側與W3巖溶泉的連通性次之，埡口右側與W3巖溶泉的連通性較差。

（3）主、副壩交界處、副壩壩基部位分布多條與W2巖溶泉連通性極好的巖溶滲漏通道，各巖溶通道以沿斷層方向發育為主。

（4）在同一地段，不同鉆孔中所作的地下水示蹤試驗結果往往相差迥異，表明壩基部位巖溶發育具有明顯的不均一性。

3.4巖溶水文地質特征

（1）巖溶與巖性的關系。

壩址區∈1q地層以灰巖、泥質條帶灰巖、灰質白云巖為主，壩址區平、剖面溶洞均發育于該地層中，巖溶漏斗亦絕大部分位于該地層中，說明該層巖溶極發育，而∈2+3地層以白云巖為主，巖溶弱發育，未發現溶洞，僅發現3處巖溶漏斗，且其中兩處位于F8斷層附近，1處位于∈1q與∈2+3交界部位偏∈2+3一側。

（2）巖溶發育與構造的關系。

構造對壩址區的巖溶發育方向、規模等起著控制性的作用。在斷層破碎帶及影響帶，由于地下水的活動強烈，巖溶發育程度相對強烈，因此，斷層及節理裂隙發育部位一般也是巖溶強發育帶。壩址區處于區域性斷裂小排吾斷層附近，一組與其大致平行的NNE向斷層極發育，指示了壩址區NNE向的巖溶通道極發育。沿F5、F7斷層在壩基深部（60～115）m段均揭露到高度大于10m的溶洞。以上充分說明了斷層構造對巖溶方向、巖溶深度及巖溶規模的影響。

（3）巖溶形態在平面上有明顯的帶狀特征。左岸的RD1、W3巖溶泉及庫內一系列的巖溶漏斗大致沿NNE向呈串珠狀排列，揭示其大致處于同一巖溶滲漏通道附近。右岸的漏斗LD6～LD10、ZKq14、W2巖溶泉亦大致呈條帶分布，亦表明其大致位于同一巖溶滲漏通道附近。

（4）巖溶發育在剖面上有較強的分層性。結合鉆孔揭露溶洞、壓水試驗、物探電法及電磁波透視資料、構造發育情況等綜合分析，按巖溶由強～弱的順序，自上至下可將壩基巖溶分成強巖溶發育帶、中等巖溶發育帶及弱巖溶發育帶。3個巖溶發育帶大致與壩基部位的中等透水帶、弱透水上帶及弱透水下帶相對應。

4 壩址主要巖溶滲漏通道分析

根據以上水文地質資料等綜合分析，壩址區巖溶滲漏通道主要有以下幾條：

（1）壩址左岸RD1～夯彩埡口～W3方向的巖溶滲漏通道。

叫化子洞～夯彩埡口～W3巖溶泉方向的漏水通道是壩址左側一條較為集中的管道式漏水通道，庫內左岸RD1溶洞及一系列呈串珠狀分布的LD12～LD17等漏斗均為該巖溶漏水通道的補給點，大致指示了該漏水通道的發育方向，巖溶滲漏通道穿過夯彩埡口中部，高程為（528～564）m，自壩下游左岸W3巖溶泉流出。

（2）副壩～W2巖溶泉方向的巖溶滲漏通道。

因副壩部位NNE～NE向的F5、F6、F7、F8斷層構造發育，壩基部位大致有4條沿斷層方向、向下游延伸的的管道式巖溶滲漏通道發育，庫水自上游各巖溶漏斗消落后，沿多個不同的巖溶滲漏通道穿過副壩壩基。根據壩址區斷層、漏斗的分布位置、壩址區巖溶發育特征等推測，副壩區上游庫內巖溶漏斗與各巖溶通道的關系如下：漏斗LD6～LD10處于沿F5斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD4、LD5位于沿F6斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD3、W1位于沿F7斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD1、LD2位于沿F8斷層方向的巖溶滲漏通道上。因壩址區一組大致橫河向、產狀N75～85°W·NE∠61～80°的節理面較發育，導致橫河向巖溶通道亦較發育。沿巖溶滲漏通道穿過副壩壩基的巖溶水在壩線下游被橫河向的巖溶通道溝通后，均集中自W2巖溶泉流出。

5 處理思路

針對小排吾水庫巖溶滲漏問題，提供以下處理思路：

（1）對庫內已發現的、存在明顯漏水跡象的巖溶漏斗、落水洞，先清挖至基巖一定深度后，采用混凝土塞進行實施封堵，并設置排氣孔等。

（2）進行帷幕灌漿處理。帷幕灌漿主要工作量應布置在主要滲漏通道部位，即夯彩埡口中部、主壩右側至副壩壩基部位，對于非主要滲漏部位，根據處理效果可少灌或不灌。

6 結　語

（1）巖溶區病險水庫治理的關鍵是查明水庫巖溶滲漏通道。

（2）可溶巖的分布是巖溶發育的基礎，一系列NNE向的斷裂構造對小排吾水庫巖溶滲漏通道的方向起著控制作用，因此，查明壩址區斷層構造的發育規律，就基本抓住了巖溶滲漏問題核心。

（3）根據平面巖溶形態發育特征及水文地質調查，并結合地下水示蹤試驗，可以初步判斷出巖溶滲漏通道發育的大致方向。再通過壩軸線下部巖溶形態的分布位置，即可確定主巖溶通道在壩軸線下部的基本位置。

［1］湖南省水利水電勘察設計研究總院.小排吾水庫除險加固技施設計階段補充勘察工程地質勘察報告［R］.2015.

［2］陳心才.1：20萬吉首幅地質圖說明書［M］.長沙：地質部湖南省地質局出版，1965.

彭鵬程（1970-），男，大學本科，注冊巖土工程師，從事地質勘察工作；李擇衛（1971-），男，大學本科，高級工程師，從事地質勘察工作。

（2016-07-25）