巖溶地區(qū)修建水庫(kù)存在的問(wèn)題及解決對(duì)策

蔡回列

( 仁懷市水利局，貴州 仁懷564500)

0 引 言

巖溶地區(qū)往往存在地下溶洞、地下河以及裂縫等地質(zhì)問(wèn)題，在這樣的特殊地區(qū)修建水庫(kù)如果缺乏仔細(xì)考慮這些會(huì)引起水庫(kù)漏水和塌陷的因素，修成的水庫(kù)也不能夠正常蓄水使用，其結(jié)果往往是浪費(fèi)財(cái)力物力，甚至造成更大的損失。鑒于巖溶地貌的特殊地質(zhì)條件，在巖溶地區(qū)修建水庫(kù)工程，必須調(diào)查研究的地質(zhì)問(wèn)題如下: 巖溶地貌庫(kù)區(qū)和壩基漏水問(wèn)題，庫(kù)區(qū)、壩基及壩下游的巖溶塌陷問(wèn)題，巖溶地區(qū)的壩基是否牢固問(wèn)題，水庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定情況，壩基基坑巖溶水的出現(xiàn)與防治問(wèn)題，隧洞巖溶的突水及排水問(wèn)題，庫(kù)水與巖溶地區(qū)地下水的水質(zhì)穩(wěn)定情況，巖溶地區(qū)水庫(kù)是否會(huì)誘發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題。本文以貴州黔北地區(qū)的巖溶地貌為例，探討巖溶地區(qū)修建水庫(kù)存在的問(wèn)題及解決對(duì)策。

1 實(shí)例分析

貴州省仁懷市天生橋水庫(kù)位于長(zhǎng)江上游赤水河支流上，水庫(kù)總庫(kù)容770 萬(wàn)m3，集雨面積33 km2，水庫(kù)大壩為砌石拱壩，工程于1987年動(dòng)工，1991年完工。

區(qū)內(nèi)出露地層為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群至侏羅系中下統(tǒng)以及第四系，其中缺失泥盆系、石炭等地層，可溶巖與非可溶巖相間分布，巖性以碳酸鹽巖類(lèi)為主，碎屑巖類(lèi)次之。

水庫(kù)坐落于巖石較為發(fā)育的巖溶地區(qū)，工程建完后就發(fā)現(xiàn)有多處裂縫，堵體、基礎(chǔ)、及兩壩肩巖體、上部“巖橋”及護(hù)坡滲漏嚴(yán)重，且多處出現(xiàn)塌陷。

2007年，該水庫(kù)經(jīng)安全鑒定存在的主要問(wèn)題有:

堵體基礎(chǔ)巖體、左右側(cè)岸坡及上部巖體，溶蝕裂隙發(fā)育，在庫(kù)水壓力及淘刷下，局部溶穴內(nèi)充填物被淘空，形成通道性滲漏和產(chǎn)生塌陷，從而危及大壩安全，鑒定為“三類(lèi)壩”。

2009年，對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，除險(xiǎn)加固對(duì)滲漏問(wèn)題則主要采用帷幕灌漿。

2 存在問(wèn)題

2．1 水庫(kù)滲漏和突水問(wèn)題

巖溶地區(qū)巖體大量存在裂縫、通道和溶洞，在該地區(qū)修建水庫(kù)，由于巖溶活動(dòng)，如果有承壓水存在和巖層斷裂作為通道，將導(dǎo)致地下突水而淹沒(méi)水庫(kù)基坑，或者可能因巖溶滲漏而導(dǎo)致水庫(kù)蓄水困難。巖溶水庫(kù)庫(kù)區(qū)常發(fā)生庫(kù)區(qū)滲漏的地帶有以下幾種:巖溶地層類(lèi)型變化比較大的過(guò)渡地帶;地層大構(gòu)造的斷裂交會(huì)地帶;大斷裂連接水庫(kù)庫(kù)區(qū)和鄰近山谷的地方;地質(zhì)構(gòu)造突起或者凹陷地帶;地形地貌變化極大地帶;通向鄰近山谷的洞穴發(fā)育地帶;地表河流徑流量較少的地帶，這些是發(fā)生庫(kù)區(qū)滲漏的可能性較大的地帶，與當(dāng)?shù)貛r溶發(fā)育情況有著密切關(guān)系。

2．2 壩基穩(wěn)定和塌陷問(wèn)題

巖溶地區(qū)的特殊地質(zhì)構(gòu)造常常會(huì)導(dǎo)致壩基承載力不足、壩基沉降、地基錯(cuò)位以及地表坍塌等問(wèn)題。巖溶塌陷導(dǎo)致水庫(kù)滲漏問(wèn)題加劇，巖溶地區(qū)修建的水庫(kù)存在的巖溶塌陷情況主要有:

1) 承壓水滲流導(dǎo)致巖溶塌陷。當(dāng)水庫(kù)蓄水后增加了庫(kù)盆地下水壓力，地下水侵蝕洞穴充填物和其上覆蓋松散層引起塌陷，壩基滲漏加劇地下水的侵蝕作用。

2) 重力滲流侵蝕導(dǎo)致塌陷。溶蝕洼地和谷地的地下水水位較深，由于水庫(kù)庫(kù)水重力滲流，導(dǎo)致覆蓋層和充填物侵蝕嚴(yán)重而移位。如果洼地谷地下部洞穴偏大，加上庫(kù)水潛蝕影響，其頂部和覆蓋層的減荷拱難以成形，很可能導(dǎo)致塌落塌陷情況。

3) 壓縮氣團(tuán)沖爆塌陷。由于水庫(kù)庫(kù)底存在滲透性效果不良的地層，地下又有洞穴，如果遇上水位低的情況，加上水庫(kù)水位急劇上升，兩岸地下水位也被提高，于是水庫(kù)底下的洞穴產(chǎn)生高壓氣團(tuán)，當(dāng)高壓氣團(tuán)不斷膨脹到一定極限時(shí)就沖爆洞穴頂板導(dǎo)致水庫(kù)塌陷。

3 解決措施

3．1 地基處理方法

1) 填墊法。該方法包括填充法、換填法和挖填法等。填充法適合上部荷載較小的裸露巖溶土洞，必須使用塊石片石填充最底層，保證地下水處于原始流通狀態(tài)，并且形成反濾層。如果是已經(jīng)被填充的巖溶土洞填充物的物理力學(xué)性質(zhì)不佳，用換填法代替。首先清除土洞內(nèi)的所有填充物，用塊石、片石和混凝土等堅(jiān)固材料填充。至于淺埋巖溶土洞，先挖開(kāi)頂層或爆破頂層，挖除洞內(nèi)的塌陷松軟土體，填入塊石、片石、砂等材料，這種方法即挖填法。對(duì)巖溶洞、縫隙、溝槽、石芽等突出物適合用墊褥法處理，這些突出物會(huì)使地基沉降，影響水庫(kù)蓄水。

2) 加固法。這種方法囊括了灌漿法、頂柱法以及強(qiáng)夯法等。如果是深度較大的巖溶土洞適合用灌漿法加固壩基，材料選擇視具體情況而定，填塞用黏土、砂石、混凝土和水泥砂漿等材料;水泥漿和瀝青適合于防滲，先外圍后中間進(jìn)行灌漿;充填加固必須用快干材料將洞隙堵塞，起初壓力保持適中，防止?jié){料流出浪費(fèi)。如果洞頂板薄和裂隙多，導(dǎo)致頂板強(qiáng)度不能承擔(dān)上部壓力時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用頂柱法修補(bǔ)。強(qiáng)夯法是處理大面積土洞和塌陷的有效方法，是省工省料經(jīng)濟(jì)而且能夠保障水庫(kù)巖溶地基穩(wěn)定的重要方法。一般情況下夯擊1 ～8遍，夯點(diǎn)距離保持在3 m 即可。如果沒(méi)有地下水作用，夯擊間歇時(shí)間無(wú)限制，如果出現(xiàn)夯錘突然下陷情況，表明水庫(kù)下層存在隱伏土洞，必須用砂礫土料及時(shí)處理。

3) 跨越法有板跨法、梁跨法、拱跨法等。針對(duì)有些水庫(kù)的地基深度大洞徑小不便進(jìn)入施工作業(yè)，可以使用板跨法，首先依據(jù)大壩性質(zhì)和壩基受力情況，用混凝土板或鋼筋混凝土板直接封頂防止?jié)B漏問(wèn)題。如果是位置較深且在壩基持力層內(nèi)的小規(guī)模塌陷，使用鋼筋混凝土梁直接跨越塌陷體進(jìn)行補(bǔ)救即可。然而如果是壩基塌陷的洞身寬、深度大以及復(fù)雜洞形或有水流的情況，則必須采用拱跨法。

4) 樁基法。如果水庫(kù)庫(kù)底的塌陷較深較大或者多層溶洞發(fā)育，必須采用樁基法解決。水庫(kù)庫(kù)底基巖起伏地方，如果庫(kù)底覆土層較軟厚度大難以清理時(shí)，適合使用沖孔灌注樁或者爆擴(kuò)樁，樁頭錨入水庫(kù)底層基巖內(nèi)。在巖溶地區(qū)，巖體內(nèi)部有暗河、溶洞，水庫(kù)地基往往很不均勻，此時(shí)往往采用樁基法補(bǔ)救較深較大的水庫(kù)塌陷可以收到很好的效果。

3．2 水庫(kù)集中滲漏和突水的處理方法

針對(duì)水庫(kù)集中滲漏和突水問(wèn)題以“堵”和“截”方法為主，而對(duì)分散型滲漏和突水問(wèn)題則以“鋪”和“灌”方法為主。

1) “堵”是處理水庫(kù)集中滲漏和突水的主要方法。選擇何種材料進(jìn)行堵塞水庫(kù)漏洞必須視不同巖層而定，但是堵塞材料宜采用塊石、砂、混凝土以及黏土等比較堅(jiān)固且具有抗侵蝕能力的材料。

2) 截是在水庫(kù)庫(kù)底的地下通道集中滲水處修筑堅(jiān)固的隔水墻來(lái)阻斷滲漏通道。如果水庫(kù)庫(kù)區(qū)有大溶洞時(shí)，簡(jiǎn)單的堵法已經(jīng)不能截?cái)酀B漏通道，此時(shí)必須修筑圓形圍墻使其與水庫(kù)隔離而阻止水庫(kù)滲漏。

3) 鋪是用來(lái)處理水庫(kù)滲漏問(wèn)題中的地表分散滲漏帶的重要方法。在庫(kù)岸滲漏的斜坡常用混凝土或黏土加固，防止大面積滲漏，水庫(kù)庫(kù)底大面積滲漏則必須使用黏土厚厚的鋪蓋才有效果。

4) 灌。如果水庫(kù)大壩或庫(kù)底存在孔洞和裂隙則應(yīng)灌入混凝土漿以達(dá)到堵塞滲漏的目的，另外要使灌漿的地帶連成一體，有利于起到徹底防止水庫(kù)大面積滲漏的作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于巖溶地區(qū)有著獨(dú)特的地質(zhì)特征，因此在巖溶地區(qū)修建水庫(kù)會(huì)遇到非巖溶地區(qū)不一樣的問(wèn)題。由于在巖溶地區(qū)存在大量的地下溶洞、裂縫和地下河等，因此水庫(kù)修建時(shí)要注意滲漏和塌陷問(wèn)題，要綜合考慮水庫(kù)負(fù)荷情況和施工技術(shù)，把壩基和庫(kù)底等結(jié)構(gòu)視為一個(gè)有機(jī)整體，綜合考慮多種解決方法，揚(yáng)長(zhǎng)避短，仔細(xì)研究巖溶地區(qū)修建水庫(kù)存在問(wèn)題，并且及時(shí)給出解決對(duì)策，以便有利于獲取最佳技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果。

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