大河溝水庫庫區滲漏勘察及處理

羅銀川

（重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401120）

1 工程概況

重慶市武隆區大河溝水庫擴建工程是一座以城鎮供水為主、兼有周邊景觀旅游開發的綜合性水利工程。水庫位于武隆縣中部仙女山鎮的老盤河流域支流大河溝上，水庫壩址距武隆縣城25 km，距仙女山鎮4 km，大壩右岸有武仙公路通過。

水庫原為一座小（二）型水庫，壩頂高程1336.50 m，總庫容20.6 萬m3，大壩為漿砌塊石重力壩，最大壩高18.50 m，水庫運行良好。

擴建后的大河溝水庫為一座小（一）型水庫，正常蓄水位1353.50 m，總庫容為111 萬m3。原壩體經加固作為高趾墻，擋水建筑物為高趾墻面板堆石壩，最大壩高38.5 m，壩樞建筑物由高趾墻面板堆石壩、溢洪道、放水建筑物及取水建筑物組成。擴建工程2015 年5 月10 日獲準開工建設，2018 年7 月通過下閘蓄水驗收并開始蓄水。

2019 年6 月，當水庫最高蓄水至1351.6 m 后，在水庫未取（放）水的情況下，觀察發現庫水位出現明顯下降，每天下降約30 cm，2019 年7 月庫水位下降至1346.4 m，此后趨于穩定，說明水庫存在較高水位時的滲漏。

2 工程地質條件

工程區河谷呈不規則“U”型，斜向谷，河谷深切，河床底寬10 m～20 m，左岸為斜向坡，呈陡坡地形，局部基巖裸露，斜坡上部有崩滑堆積；右岸為漿砌塊石陡坡，并有武仙公路從陡坡平臺上通過，公路高程1354.0 m～1372.3 m，由壩址向上游高程逐漸抬升，公路內側屬陡崖～陡坡地形，公路外側地形以斜坡為主，一般坡度29°～32°，局部較陡約40°。河流從南西側流入，北東側流出，并在大壩下游約260 m 處，進入落水洞成為地下伏流。

接龍正斷層從右側壩肩穿過，并在壩下游穿過河床。經施工階段開挖揭示，接龍正斷層走向N78°E，傾向SE（右岸），傾角約70°。斷層上盤為二疊系棲霞組灰巖產狀N30°～80°E，傾向SE，傾角45°～85°,產狀變化較大，斷層接觸帶常見斷層角礫灰巖；斷層下盤為志留系羅惹坪組頁巖，受其影響斷帶附近巖體產狀變化也較大，走向N70°～75°E，傾向SE，傾角40°～65°，與左岸正常產狀有較大差異。

庫區左岸至庫尾段大多基巖出露，為志留系下統羅惹坪組頁巖，庫區右岸公路外側零星出露頁巖，地表廣泛分布有第四系崩坡積塊碎石土，公路內側為灰巖陡坎，因此接龍正斷層帶大致沿公路展布。庫內右岸存在傾向右岸山體的接龍正斷層，其上盤為二疊系棲霞組巖溶地層，溶蝕發育強烈。根據初設階段壩址鉆孔注水試驗統計，斷層泥成分主要為粉質粘土夾頁巖碎顆粒，滲透系數在1.0×10-3cm/s～1.0×10-5cm/s 之間，屬中等～弱透水體，因斷層帶在庫岸出露高程恰好在水庫正常蓄水位附近，且斷層帶內有一層厚度約1 m 的斷層泥具有一定的隔水層作用，水庫蓄水后庫水并未與斷層上盤巖溶地層直接接觸，所以初步設計階段分析庫內右岸滲漏的可能性較小，出于節約工程投資考慮，暫未設計庫岸防滲工程措施，但未排除庫水沿右岸滲漏的可能性。

3 滲漏原因初步分析

通過對蓄水后滲漏情況及本工程前期資料的分析：壩腳未發現大量地下水溢出，且壩址及左右壩端均采取了可靠的工程措施進行防滲，發生水庫滲漏的可能性小；庫區左岸、庫區右岸中部至庫尾段均為志留系下統羅惹坪組頁巖，出露高程高于正常蓄水位，且地層穩定，巖體完整性較好，屬弱透水層，封閉條件較好；僅庫區右岸中部接龍正斷層一帶出露灰巖及斷層破碎帶，是較為可疑的滲漏帶。接龍正斷層斷層帶存在的某個薄弱環節被水壓力擊穿而產生水庫滲漏的可能性較大，推測滲漏點高程位于1346 m～1349 m 之間。

通過對庫區疑似滲漏帶的分析判斷，仍然需要通過地質勘察的手段查明滲漏點的具體部位及高程，為下一步防滲設計提供地質依據。對本工程滲漏點進行查明，并依此對水庫滲漏進行整治設計。

4 勘察方案布置

本階段針對斷層延伸展布情況及特點布置了勘探方案，以查明滲漏帶的分布情況。

本次勘察布置了14 個鉆孔（見圖1），并在鉆探施工過程中根據鉆探揭示情況對鉆孔位置進行微調，以更準確地查明滲漏帶邊界。鉆孔主要沿斷層延伸方向布置，共兩排，上排鉆孔主要布置于正常蓄水位附近，下排鉆孔布置于擴建前大河溝水庫最高水位附近，以查明斷層帶延伸情況及場區巖土體性質。同時采用EH4 物探手段，對斷層帶及地下巖溶發育情況進行了探查，勘探線路與斷層走向多次相交，這樣就能采集到多個與斷層的交點；還采用瞬變電磁法沿公路進行探查，了解右岸巖溶發育特征，排查滲漏途徑。

圖1 鉆孔及物探線布置圖

5 勘探成果分析

5.1 鉆探成果分析

本次勘察共完成地質鉆孔14 個，有ZK2、ZK4、ZK6、ZK8、ZK9 等5 個鉆孔較完整地揭示了斷層帶（ZK11 離斷層較遠，全孔均為灰巖），其中上盤灰巖巖芯相對較完整，除ZK2 以外，其余鉆孔均可見溶蝕現象，主要表現為溶蝕孔洞，ZK4、ZK6 及ZK11 鉆孔有掉鉆現象，ZK4 和ZK6 揭露有斷層角礫灰巖；而頁巖中明顯出現兩種分帶：一種是斷層帶，巖心難以判別出原巖的結構特征，呈泥狀或碎塊狀，局部有地下水沖蝕痕跡（粘土被帶出，僅剩顆粒狀頁巖碎石），孔內厚度0.90 m～12.10 m；與斷層帶緊臨的一種分帶為斷層影響帶，巖心呈灰黃色餅狀、稍大一點的碎塊狀，少量短柱狀，有明顯的擠壓破碎現象，孔內厚度2.20 m～13.60 m。

本階段布置的上排鉆孔巖芯揭露地層順序一般為灰巖-斷層帶- 斷層影響帶- 頁巖，下排鉆孔巖芯揭露地層順序一般為斷層影響帶- 頁巖或直接為較穩定的頁巖，表明斷層帶沿上下兩排鉆孔中間穿過，低于水庫正常蓄水位，斷層在ZK1附近逐漸抬升至正常蓄水位以上，斷層帶出露位置較初設階段推測低。

本次勘察揭露灰巖的6 個鉆孔中，除ZK2 以外，其余5 個鉆孔均揭示巖溶，鉆孔見洞隙率高達83%，揭露巖溶的鉆孔均發現孔口有冷風，ZK4 號鉆孔鉆進至30.6 m～31.4 m（高程約1323.38 m～1324.18 m）時，發生掉鉆且在孔口能聽到較大流水聲（當時庫水位約1344 m），說明右岸灰巖中巖溶發育強烈，巖溶連通性較好。

通過對鉆孔水位觀測可知，鉆孔穩定水位大多低于庫水位及灰巖與庫水直接接觸的最低高程，其中ZK4 鉆孔水位低于灰巖與庫水位接觸高程約22.07 m，表明庫周殘坡積粉質粘土有一定的隔水作用，使庫水不直接向右岸巖溶發育區大量排泄，滲漏方式為通過庫周土層中薄弱點的向巖溶管道滲漏。

本次勘察在右岸13 個鉆孔共進行壓水試驗61 段，根據鉆孔壓水資料，斷層上盤灰巖呈中等透水及強透水為主，局部巖體完整部位為弱透水；斷層帶及斷層影響帶頁巖、斷層泥呈微至弱透水為主，地表淺部頁巖、灰巖與頁巖交界部位或受淘刷部位頁巖及斷層泥呈中等透水。由此可見，灰巖內巖溶較發育，透水性普遍較強，頁巖及頁巖形成的斷層泥總體透水性較弱，且下部頁巖較為深厚，是本工程區可靠的防滲依托。

5.2 物探成果分析

本次勘察布置了4 條EH-4 測線及一條瞬變電磁法測線。綜合EH-4 及瞬變電磁勘探成果分析，初步得出如下結論：

測線 WT01-WTO1'、WT02-WTO2'、WT03-WTO3'、WT04-WTO4'各發現1 處異常，WT05-WTO5'發現6 處異常，基本查明了斷層帶延伸及展布狀態。

根據右岸公路內側瞬變電磁物探成果（圖2），右岸巖溶并非單個集中發育的巖溶，而是呈串珠狀形成一個巖溶帶，發育高程在1315 m～1345 m 之間。結合鉆孔資料分析，右岸巖溶主要為裂隙型空洞，直徑0.2 m～2.5 m，洞內基本無充填。各鉆孔孔口出冷風，則說明上述串珠狀巖溶在深部最終連通成為了統一的巖溶系統。

圖2 WT05-WT05’（公路內側）瞬變電磁物探反演剖面圖

5.3 滲漏分析

通過本階段勘察，基本查明在水庫右岸樁號0+010～0+280 段，斷層出露高程低于正常蓄水位，致使斷層上盤的強溶蝕灰巖通過覆蓋層與庫水發生水力聯系，從而引發水庫滲漏。

根據灰巖出露的最低高程分析，水庫滲漏的最低高程為1339.0 m，灰巖中鉆孔水位均遠低于庫水位，說明庫周土層有一定的隔水作用，使庫水不致直接向巖溶管道大量排泄，滲漏方式為沿庫周土層中軟弱部位的帶狀巖溶滲漏。如圖3 所示，當庫水位高于斷層出露點時，庫水就通過土體中的軟弱部位向右岸的巖溶發育區滲漏。

圖3 右岸巖溶滲漏示意圖

5.4 防滲處理方案比選

鑒于水庫的滲漏量較大，嚴重影響水庫的正常運行，必須采取工程措施進行防滲處理。根據右岸地形地質條件，可以選擇的防滲方案主要有帷幕灌漿防滲和鋪蓋防滲。

帷幕灌漿可以斷層下盤的相對不透水頁巖層為底部依托，帷幕底界進入相對不透水層，上下游接入庫水位以上的穩定頁巖，理論上可行，施工流程單一，操作簡單；但需在上盤巖溶較發育的灰巖內進行灌漿，巖溶層內灌漿量往往超出預估，工程量不可控，且帷幕能否緊密形成存在一定的不確定性。

鋪蓋防滲通過設置混凝土面板或柔性面板，隔斷庫水與右岸巖溶系統的水力聯系，方案技術上可靠、工程量可控，不確定因素較少；但開挖、澆筑、排水等施工流程復雜，尚應避免施工開挖對上部公路邊坡的影響。若采用混凝土面板防滲，建議趾板基礎置于高程1340 m 附近，對趾板基礎進行固結兼帷幕灌漿處理，上下游接入庫水位以上的穩定頁巖；該方案需重點考慮面板的不均一變形問題，并避免大量開挖危及上部公路邊坡的穩定。

經比較，地質專業認為鋪蓋防滲方案更為可靠，推薦選擇鋪蓋防滲方案。

6 結論及建議

（1）通過本階段勘察，查明庫區右岸斷層帶上盤灰巖內巖溶呈網狀發育，連通性較好；斷層泥及斷層下盤的頁巖屬弱～微透水為主，具有較好的隔水性能。

（2）在水庫右岸樁號0+010～0+280 段，斷層上盤灰巖出露高程低于正常蓄水位，致使斷層上盤的強溶蝕灰巖與庫水發生水力聯系，從而引發水庫滲漏。

通過對水庫滲漏情況的分析，本工程滲漏方式為通過庫周土層中的軟弱部位向右岸的巖溶發育區滲漏。

（3）根據右岸地形地質條件，提出了帷幕灌漿防滲和鋪蓋防滲兩種。經比較，地質專業認為鋪蓋防滲方案更為可靠，推薦采用鋪蓋防滲方案。