茅天水庫復雜巖溶滲漏問題及防滲處理

李勇軍，張 卓

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002)

?

茅天水庫復雜巖溶滲漏問題及防滲處理

李勇軍，張 卓

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002)

茅天水庫壩區巖溶水文地質條件極其復雜、巖溶發育，存在向壩址下游的巖溶滲漏問題，防滲處理成功與否成為本水庫能否正常蓄水、發揮工程效益的關鍵，在防滲處理時采取電磁CT、洞探、連通實驗等多重勘察手段相結合，對壩區的巖溶分布位置、性狀、規模以及地下水位等進行了詳細勘察，為時時調整、制定合理、科學的防滲處理方案提供了可靠依據，取得較好防滲效果。

巖溶滲漏 ；勘察方法；防滲處理；地質條件

1 工程概況

茅天水庫工程位于貴州省務川縣東北面茅天鎮境內周家河左岸支流上河上游，水庫正常蓄水位890.00m，總庫容407萬m3，是一座以農田灌溉兼農村人畜飲水的小(1)型水庫，樞紐建筑物主要由大壩、壩頂表孔溢洪道、取放水建筑物、放空兼沖沙建筑物等組成，大壩為混凝土砌毛石單曲拱壩，最大壩高46.0m。

2 壩址區工程地質條件

壩址河谷較平直，總體發育方向為N75°W，河床常年為干谷，河谷高程850.0-854.5m，河谷寬8-13m。正常蓄水位890.0m時，谷口水面寬約120余m。壩址左岸上下游無沖溝發育，坡面總體平順，綜合坡度在35°左右，坡頂高程在1200m以上。右岸岸坡坡度下陡上緩，875 m高程以下坡度在50°左右，其上坡度在35°左右。壩址區左右岸坡基巖多裸露，河谷兩側為一級階地，為厚2-3m的洪積物和殘坡積物覆蓋，河床有零星的第四系分布，壩址區巖層產狀平緩，分布連續，產狀N27°E/SE∠9-10°，為橫向河谷結構。壩址出露地層單一，基巖地層巖性均為寒武系上統耿家店組(∈3g)灰色、深灰色中厚層狀結晶砂屑、礫屑白云巖夾白云質灰巖和灰質白云巖，巖石溶蝕強烈。第四系覆蓋物主要以沖積物(Qapl)及殘坡積物(Qedl)為主。一般厚0.5-2.5m。壩址區無大的區域性斷裂構造發育，但節理裂隙構造較為發育，順主要裂隙方向溶蝕較強烈，局部有小規模巖溶洞穴發育。

3 壩址區巖溶水文地質條件

壩址分布的∈3g可溶性碳酸鹽巖層厚度大，溶溝、溶槽、溶隙及小規模的溶洞較發育，多為垂直和斜向溶洞，同時受地形及構造影響，巖溶發育不均一性也較為突出。在右岸一級斜坡頂部有一縱向槽谷展布，內有一洼地、落水洞發育。壩區巖溶發育部位、方向多沿主要構造走向線及裂隙交匯處。如河谷右側的K9和左岸坡的K7等溶洞，一般洞徑0.5-1m，洞深多不可測，推測多大于10m，均為干溶洞。同時經鉆孔揭露，壩區地下巖溶也較為發育，河床以下26m范圍內溶蝕溶孔發育，兩岸的ZK5、ZK7等鉆孔均有掉鉆和揭露到黏土充填孔洞現象，最大掉鉆深度約2.5m(ZK5孔深6.1-8.5m)，最大黏土充填段長約1.3m(ZK7孔深14.2-15.3m)，最低揭露巖溶形態高程是856.19m(ZK5孔深68.0-69.2m)。在左岸鉆孔揭露的孔內溶隙直接與河谷直接連通(連通試驗證實)。物探(EH4)測試資料顯示兩岸強溶蝕區深度一般在地面以下40m左右，局部超過100m、呈深槽狀，同時在個別探測地段還存在深部溶蝕區，如右岸槽谷區最深達280余m，地下強溶蝕區距河床水平寬度在左岸600 m左右、右岸550 m左右。壩址區巖溶除裸露巖溶較發育外，隱伏巖溶溶蝕也較發育，其發育下限不受地表河床控制，除常年地下水位以上各種巖溶形態發育較全外，在壩基及兩岸谷坡一定深度內仍強溶蝕現象，但多以溶隙型通道為主，未發現有大規模的管道型巖溶發育。壩址區地下水通過裂隙、溶隙及層面等由兩岸向河谷排泄。根據地表水文地質測繪，壩址區泉水出露較少且流量小，多為季節間歇性泉；通過壩址前期勘探鉆孔成果資料以及施工期間利用灌漿先導孔的長期多次水位觀測資料，壩區左岸地下水位在861.67-883.92之間，存在向河床的水力坡降，近岸水位較平緩，向遠岸水力坡降逐漸變陡，綜合水力坡降4.44%；右岸地下水位在847.40-873.10之間，地下水位受岸坡溶蝕區影響，水位高低不一，存在地下水位溶蝕低槽帶，與壩區河床綜合水力坡降約2.4%，存在向河床的水力坡降，由于巖溶發育，兩坡在強溶蝕區帶附件地下水位低緩，在強溶蝕區外側縱深處地下水位才逐漸抬升；在鉆孔內以及兩岸開展的連通試驗，其出溢點均位于庫區河段內。

4 壩區巖溶勘察結果

4.1 壩基開挖揭露巖溶

壩基開挖未揭露有大的巖溶洞穴發育和大的巖溶泉點出露，但壩基肩開挖，共揭露有8個小溶孔洞(K1-K8)發育，其中K1位于壩基河床段靠右岸下游側，干溶洞，出露高程853m，洞口呈不規則橢圓形，豎向延伸，洞徑長約1.5m，寬約0.3-0.5m，，可見深度約0.5m，有黏土碎石充填；K2、K3、K4、K5壩基河床段靠右岸上游側，均為干溶洞，洞涇0.2-0.4m,順河床發育，可見深度0.3-0.5m，局部為黏土碎石充填；K6、K7、K9位于左壩肩854-860.5m之間，寬約0.3-0.6m，深約0.2-0.5m，順巖層走向發育，底部為黏土碎石充填。K8位于左壩肩，出露高程856m，洞口不規則，寬約1m，可見洞深0.3-0.5m，底部為黏土碎石充填。

4.2 兩岸灌漿平硐

兩岸灌漿平硐開挖分布巖性為∈3g中厚層狀白云巖、灰質白云巖和白云質灰巖，巖層平緩，構造主要為裂隙；壩基及平硐開挖區內未揭露有大型巖溶管道及巖溶洞穴發育，但小規模巖溶形態較多，在壩基河床段有呈串珠狀的溶穴孔洞等發育，不規則，呈豎直或傾斜狀，寬度一般0.2-0.5m，可見深(或長)1-2m，充填沙土或礫石等，壩肩在開挖多有層間溶蝕夾泥等；兩岸平硐開挖在近壩約200m范圍內順河向和橫切河向均有溶蝕裂縫發育，不規則，呈豎直或傾斜狀，寬度一般0.4-1m，部分為黏土、碎石充填，發育深度不詳，巖溶發育范圍與前期勘察所劃設的強溶蝕區一致。

4.3 物探揭露可疑巖溶區段

在施工期間，利用壩區河床及兩岸灌漿平硐內的36個先導孔作了電磁波CT測試，完成測試范圍總長938m，其解譯成果見圖1。

圖1 電磁波CT成果圖

左岸共計完成11對孔的電磁波CT測試，孔間距在16m-24m，共發現高電磁波吸收系數異常區136個，異常區沿剖面方向發育長度一般在3m-20m，其中2.5Neper/m-3.5Neper/m之間的71個，推測為巖溶強發育區(Ⅱ區)，為灌漿的主要區域，>3.5Neper/m的65 個，推測為巖溶極強發育區(Ⅰ區)，為灌漿的主要區域；對于電磁波吸收系數<2.5Neper/m的區域，推測為巖溶中等和弱發育區，為次要灌漿區，因此成果 解釋時沒有具體進行分類和闡述。

1)從水平方向上看，巖溶發育異常區(Ⅰ和Ⅱ區)分布比較均勻。

2)從垂向上看，根據巖溶發育的情況可以分為4個高程段：1)高程880m以上段，共發現高電磁波系數異常區41個，推測為巖溶極強發育區和巖溶強發育區，巖溶的發育主要表現為淺部的垂直裂隙和溶蝕破碎帶，分布比較集中，范圍較大，為灌漿的主要區域。

3)高程865m-880m段,共發現高電磁波系數異常區29個，推測為巖溶極強發育區和巖溶強發育區，巖溶的發育主要表現為淺部的垂直裂隙和溶蝕破碎帶，零星分布，范圍較小，為灌漿的次要區域。

4)高程835m-865m 段，共發現高電磁波系數異常區78個，推測為巖溶極強發育區和巖溶強發育區，巖溶的發育主要表現為中深部的水平巖溶發育，局部發育成連通洞穴，分布比 較集中，范圍較大，為灌漿的主要區域。

5)高程835m以下段，共發現高電磁波系數異常區5個，推測為巖溶強發育區，巖溶的發育主要表現為溶蝕破碎帶，屬于 零星分布，范圍較小，為灌漿的次要區域。

右岸共計完成8對孔的電磁波CT測試，孔間距在16m-32m之間，共發現高電磁波吸收系數異常區60個，異常區沿剖面方向發育長度一般在3m-16m，其中2.5Neper/m-3.5Neper/m之間的41個，推測為巖溶強發育區(Ⅱ區)，為灌漿的主要區域，>3.5Neper/m的19個，推測為巖溶極強發育區(Ⅰ區)，為灌漿的主要區域；對于電磁波吸收系數小于2.5Neper/m 的區域，推測為巖溶中等和弱發育區，為次要灌漿區，因此成果解釋時沒有具體進行分類和闡述[1]。

1)從水平方向上看，巖溶發育異常區(Ⅰ和Ⅱ區)分布比較均勻。

2)從垂向上看，根據巖溶發育的情況可以分為2個高程段：①高程855m以上段，60個高電磁波系數異常區均分布在段，推測為巖溶極 強發育區和巖溶強發育區，巖溶的發育主要表現為淺部的垂直裂隙和溶蝕破碎帶，分布比較集中，范圍較大，為灌漿的主要區域；②高程 855m以下段,沒有發現電磁波吸收系數異常區，為次要灌漿區域。

5 防滲處理

壩址區為強巖溶化巖組地層，存在沿左右岸巖溶溶蝕帶及強風化帶繞壩基肩滲漏問題，須對左右岸及河谷由上(游)向下(游)地下水排泄的溶蝕區域進行帷幕封閉攔截防滲處理。防滲帷幕線沿壩頂軸線布置，設計防滲帷幕按單排孔布置，兩岸近岸巖溶強發育段孔距按2m設計(一期)，兩岸遠端孔距按3m(二期)。兩岸設灌漿平硐灌漿，灌漿平硐在壩頂高程上沿壩軸線方向向兩岸延伸，左岸長820m，右岸長471m；本工程防滲工作分兩期實施，首期主要針對大壩河床、兩肩斜坡段及近岸溶槽等中淺部強溶帶進行防滲，二期則主要根據蓄水情況再確定是否對遠岸坡及局部可能深溶蝕區進行防滲處理。首期鉆孔288個；二期鉆孔297個，此外，經前期物探揭露，在兩岸局部存在深部溶蝕區，本次擬對局部深部溶蝕區進行針對性深孔充填灌漿處理，設計鉆孔暫計10個，平均孔深按250m考慮。

帷幕灌漿自2016年3月開始，共計完成有效進尺25991.5m；灌漿總注入灰量約8572.8t，單位耗灰量平均值307.47kg/m。布設先導孔40個，鑒于壩區及兩岸巖溶水文地質條件復雜，防滲線范圍內巖溶發育，壩基及兩岸灌漿平洞開挖揭露小規模巖溶形態較多，壩肩在開挖多有層間溶蝕夾泥等；兩岸平洞開挖在近壩范圍內順河向和橫切河向均有溶蝕裂縫發育，其深部發育隱伏巖溶的可能性大，為近一步查明巖溶的分布位置、規模、形態等，灌漿實施時利用先導孔進行長期多次水位觀測、連通實驗等，并在相鄰先導孔內對壩址區的巖溶發育情況進行電磁波CT探測，根據觀測及測試結果對帷幕進行了適當調整，使帷幕灌漿有更強的針對性、指導帷幕灌漿施工，對重點區段重點把控，保證灌漿防滲效果；根據防滲帷幕灌漿情況，除局部溶蝕、斷層裂隙構造帶及左右岸局部淺表風化裂隙破碎帶灌漿孔耗漿量較大外，其余灌漿孔吃漿未見較大異常；對吃漿量大的孔，采取了低壓、限量、濃漿、間歇、待凝等灌漿方法對溶洞進行了處理，均能達到防滲要求和灌漿結束標準。灌漿施工完成后，按約10%布置了檢查孔對灌漿質量進行壓水檢查，檢查孔壓水實驗成果均能滿足設計要求，初步達到防滲效果，水庫已初步具備蓄水條件，效果良好。

6 結 語

貴州廣布喀斯特地貌，各種巖溶形態發育全，在復雜巖溶地帶的防滲處理中，茅天水庫在施工期根據實施情況，結合物探、硐探、連通實驗等勘察手段，更為準確、清晰的反映壩區巖溶發育情況，為合理確定防滲方案、取得良好防滲效果提供了可靠依據和保證；對類似項目具有一定借鑒意義。

[1]遵義水利水電勘測設計研究院.務川縣茅天水庫工程大壩基礎固結及大壩防滲帷幕灌漿設計說明書[R].遵義：遵義水利水電勘測設計研究院，2015.

1007-7596(2017)05-0082-03

2017-04-20

李勇軍(1981-)，男，貴州遵義人，工程師，從事水利水電工程地質勘察工作；張卓(1992-)，男，貴州遵義人，助理工程師，從事水利水電工程地質勘察工作。

X523

B