山西某水庫滲漏處理效果分析及思考

孟大勇，王俊杰，仇道健

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州450003）

山西某水庫位于太行山南端， 始建于20世紀(jì)90年代， 規(guī)劃功能為發(fā)電， 后因上網(wǎng)困難改為旅游水庫。 該壩壩型為漿砌石重力拱壩，壩頂長31m，壩高41.8m，壩頂溢流，上游回水約800m，屬小型水庫。 該工程建成后，已運(yùn)行多年，存在的主要問題是滲漏問題。 防滲處理前庫水位高程約983.4m，洪水季節(jié)庫水能漫頂，枯水期幾乎成干庫，不能形成持續(xù)不斷的瀑布景觀，嚴(yán)重影響水庫風(fēng)景區(qū)的發(fā)展規(guī)劃。

1 區(qū)域地質(zhì)

該水庫地處晉東南山字型構(gòu)造前緣東翼中段，出露震旦至古生界地層， 呈向東南突出的新月型展布， 斷續(xù)發(fā)育一系列的沖斷裂和褶皺， 構(gòu)成近東西向～北東向弧形構(gòu)造帶，具有強(qiáng)烈的擠壓和壓扭性特征。

2 庫壩區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

水庫庫壩區(qū)屬中低山區(qū)，河谷呈“V”字型，壩底河床寬約17m， 高程947.97m左右， 壩頂河道寬約31m，高程為989.77m，溝深約41.8m，“V”字型谷底以上，谷寬100～300m，為寬谷。 壩頂兩岸山頂高程約1600m，相對最大高差650m。

2.2 地層巖性

水庫庫壩區(qū)自老到新出露地層主要為太古界贊皇群（A2）、元古界震旦系串嶺溝組（Zch2）、古生界寒武系饅頭組（∈1m）和新生界第四系松散堆積物（Q4）。巖性主要特征為：

（1）太古界贊皇群（A2）：巖性為暗綠色薄層狀黑云母斜長片麻巖。礦物成分主要為長石、石英及黑云母等。 變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。

（2）震旦系串嶺溝組（Zch2）：巖性為紫紅色中細(xì)粒石英砂巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。 中厚～厚層狀，水平層理發(fā)育， 硅質(zhì)膠結(jié)， 巖石致密堅(jiān)硬。 為壩基（肩）及庫盆巖石。 出露頂板高程995～1010m，厚度約160m。

（3）寒武系饅頭組（∈1m）：巖性為黃綠色薄層泥質(zhì)灰?guī)r，夾淺灰色中厚層白云質(zhì)灰?guī)r，巖性較軟弱，底部為灰黃中厚層狀中砂巖，局部漸變?yōu)榈[巖。主要在“V”字型谷頂兩側(cè)山體底部分布，地形上呈緩坡。厚度約40m。

（4）第四系全新統(tǒng)（Q4）：主要為坡洪積物，物質(zhì)成分以碎石、塊石為主，含較多黏性土。一般粒徑30～120mm，最大粒徑300mm左右，均勻性差，呈松散狀態(tài)，厚度2～15m。 主要分布于山前斜坡地帶。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

（1）巖層產(chǎn)狀：為單斜緩傾巖層，呈波狀起伏，巖層產(chǎn)狀走向NE40°～NW330°，傾向SW或NW，傾角2°～5°。

（2）裂隙：庫壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖體中主要發(fā)育近東西向和近南北向兩組高傾角張裂隙，發(fā)育程度0.5～3.0條/m， 其中東西向發(fā)育程度強(qiáng)于南北向。

（3）裂隙密集帶：庫壩區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷層，但在壩上游發(fā)育3條近東西向和2條南北向裂隙密集帶， 出露長度超過50～160m，帶寬2～15m，主要充填碎石及少量粘性土。 壓水試驗(yàn)透水率平均值86.4Lu。

2.4 水文地質(zhì)

根據(jù)含水介質(zhì)特征及地下水的賦存、運(yùn)移空間，庫壩區(qū)地下水可分為砂巖裂隙水和第四系松散孔隙水兩類［1］。

第四系松散孔隙水主要附存在兩岸山前碎塊石石中，該層富水較好，但厚度較薄，該類地下水為孔隙水，主要受大氣降水、地表水補(bǔ)給，受季節(jié)和氣候影響較大。 排泄主要以蒸發(fā)形式和地下水徑流形式向河谷排泄，少量補(bǔ)給下部基巖裂隙水。

砂巖裂隙水：主要分布于震旦系（Zch2）石英砂巖表層的風(fēng)化卸荷裂隙及構(gòu)造裂隙中， 裂隙帶富水一般，水量較小，受季節(jié)影響較大，由于砂巖地形多形成近直立狀陡崖、 絕壁的深峽谷， 接受大氣降水有限，主要以上部裂隙（巖溶）水補(bǔ)給為主，在溝谷陡壁和底部以滲水或潛流形式滲流。

3 滲漏通道及條件

3.1 庫區(qū)滲漏

庫區(qū)兩岸泉水出露點(diǎn)高程均為1170～1200m，故中間地塊的地下水分水嶺應(yīng)大于1170m，高于壩頂高程990m，因此水庫不存在向鄰谷滲漏的可能性。水庫滲漏主要為繞壩及壩基滲漏。

3.2 滲漏通道及條件

通過地質(zhì)測繪、壓水試驗(yàn)、物探、地下水位動態(tài)觀測、示蹤試驗(yàn)等手段和分析方法。查明壩址區(qū)滲漏通道主要分為兩種類型。 第一類為南北向裂隙（帶）與東西向裂隙（帶）和層面裂隙所組合成網(wǎng)狀和帶狀導(dǎo)水系統(tǒng)， 出水點(diǎn)高程主要集中在955～980m，多沿層面裂隙流出，其中裂隙密集帶為主要滲漏通道。第二類為壩基、兩岸壩肩與巖石接觸帶，為集中滲漏通道。

4 防滲處理措施

4.1 防滲方案

為減少壩基及繞壩滲漏量， 采用沿壩軸線設(shè)置灌漿防滲帷幕的方案［3］。

根據(jù)壩基巖體壓水試驗(yàn)結(jié)果， 結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書確定q≤1Lu為相對隔水層的標(biāo)準(zhǔn)， 帷幕深度至相對隔水層頂板以下3～5m。 對于裂隙密集帶帶狀滲漏，防滲帷幕加深10m。 在水平方向上，帷幕延伸到相對隔水層或正常蓄水位與地下水位相交處， 并與河床的帷幕保持連續(xù)性。 設(shè)計(jì)壩基帷幕線長度約30m，壩右岸超過低阻帶，帷幕線長度約100m，左岸帷幕線長度約300m。根據(jù)滲漏量與滲徑成反比關(guān)系的原理（滲徑越長，滲漏量越小），考慮滲漏通道及條件，繞壩滲漏量主要發(fā)生在兩岸壩肩附近， 因此左岸帷幕分為兩期施工，第一期帷幕線長度超過低阻帶即可，帷幕線長度約190m， 一期施工完后再根據(jù)各孔地下水位觀測情況及庫水滲漏情況確定是否需要進(jìn)行第二期帷幕灌漿的設(shè)計(jì)。

帷幕灌漿采用分序施工， 漿液為普通水泥漿液由稀到濃分級灌注， 灌漿方法為自上而下孔口封 閉 法［4］。

4.2 防滲效果

一期帷幕灌漿歷時13個月，施工后，壩后原先的出水點(diǎn)逐漸消失， 尤其是集中滲漏通道得到很好封堵，同時庫水位在當(dāng)年枯水季節(jié)，已能漫過壩頂，形成瀑布，證明帷幕灌漿防滲效果是顯著的。但第二年冬季， 由于降水量明顯偏少， 庫水位開始下降至985.95m，后經(jīng)二期帷幕施工，庫水位依舊在平水期不能達(dá)到壩頂， 形成不了瀑布景觀， 經(jīng)水量平衡估算，每天滲漏量約7.9L/s（682m3/d）。 后采取帷幕結(jié)合岸坡噴漿處理的措施，水庫滲漏得到根治。

5 關(guān)于防滲處理的幾點(diǎn)思考

（1）防滲方案選擇。首先應(yīng)考慮水庫水量是否平衡，即水庫來水量多少，滲漏量多少。 該水庫位于太行山半干旱區(qū)，屬于缺水地區(qū)，勘察時（6月）通過各沖溝及泉水等來水量現(xiàn)場量測，為12～13L/s（1036.8～1123.2m3/d）。 采用帷幕灌漿方案， 即使施工質(zhì)量良好，達(dá)到1.0Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)，但帷幕也有滲水現(xiàn)象，按巖體平均透水率1.0Lu估算，壩基滲漏和壩肩繞壩滲漏依然達(dá)300m3/d，水庫蒸發(fā)量約112m3/d，兩者合計(jì)約占來水總量37%，從這點(diǎn)分析，帷幕灌漿方案可行性值得商榷。

（2）滲漏通道。雖按當(dāng)時規(guī)范中勘察手段和技術(shù)措施進(jìn)行查找和處理， 但忽視了石英砂巖所組成的高角度裂隙對滲漏的影響。 勘察發(fā)現(xiàn)了鉆孔水位差異較大， 這與巖體裂隙發(fā)育的不均一、 各向異性相關(guān)， 但對高角度裂隙垂直方向的滲透性沒有進(jìn)行充分研究。石英砂巖強(qiáng)度高，具有“堅(jiān)、硬、脆”的力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)受到構(gòu)造應(yīng)力影響時，往往會形成延展性較好的高角度裂隙。 根據(jù)該套石英砂巖地層在臨近工程寶泉景區(qū)勘察實(shí)踐， 一個180m的勘探孔鉆穿石英砂巖進(jìn)入下伏片麻巖地層，鉆進(jìn)結(jié)束時，孔內(nèi)水位（鉆進(jìn)用水）埋深-32.0m，經(jīng)過一個晚上就成了干孔，說明垂直裂隙滲透性還是很好的， 也證明了庫水沿高角度裂隙垂直滲漏的可能性。

（3）關(guān)于帷幕灌漿孔，應(yīng)結(jié)合裂隙產(chǎn)狀的發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行布置。 庫壩區(qū)裂隙均為高角度裂隙，傾角80°～90°，如灌漿孔采用垂直鉆孔進(jìn)行施工，可灌注裂隙有限，影響半徑也不大。如垂直高角度裂隙的傾斜方向布置斜孔［2］，那將穿過更多裂隙，獲得最佳灌漿效果，起到事半功倍作用。

（4）帷幕灌漿采用普通水泥漿液，該漿液優(yōu)點(diǎn)是可灌性較好，但缺點(diǎn)是析水率較大，時間久了水泥結(jié)石易出現(xiàn)空隙，會形成新的滲水通道，這也是帷幕灌漿結(jié)束初期，庫水位上升至壩頂，但后期又不能漫頂?shù)脑颉?如采用析水率相對較低、穩(wěn)定性相對較好的具有賓漢流體的水泥穩(wěn)定漿液［2］（該漿液充填完全，膠結(jié)良好，可獲得密實(shí)、耐久的帷幕體），效果會更好。

6 結(jié)語

帷幕灌漿是水庫防滲處理普遍采用的一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行的方法，其布置與選擇應(yīng)充分考慮工程的水量平衡條件、 工程地質(zhì)條件及巖體滲漏通道發(fā)育特點(diǎn)，積極采用新技術(shù)、新方法，以達(dá)到理想的防滲效果。