長(zhǎng)嶺水庫除險(xiǎn)加固工程防滲設(shè)計(jì)

□李華強(qiáng) □荊衛(wèi)星（新鄉(xiāng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

1.概述

輝縣市長(zhǎng)嶺水庫位于海河流域衛(wèi)河支流劉店干河的中游，是一座防洪、灌溉綜合利用的?。?）型水利樞紐工程，水庫總庫容684.24萬m3，興利庫容459萬m3，水庫工程包括溢流壩段、擋水壩段及輸水洞3部分。水庫下游800m有拍石頭水庫，15km有南水北調(diào)總干渠和輝縣市城區(qū)，地理位置十分重要。

長(zhǎng)嶺水庫建于1975年文革期間，漏水嚴(yán)重，日最大滲漏量高達(dá)5.1萬m3以上，水庫加固前已多年空庫，嚴(yán)重影響了下游群眾生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉。

長(zhǎng)嶺水庫壩址區(qū)左壩肩地質(zhì)情況較差，破碎嚴(yán)重。根據(jù)庫區(qū)地質(zhì)測(cè)繪，覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖洪積及洪積成因的卵石；下伏基巖主要為寒武系白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，奧陶系泥質(zhì)頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。區(qū)域內(nèi)巖溶比較發(fā)育，一般溶洞直徑0.2～0.5m，大者達(dá)1.0m；鉆孔中巖溶多見溶孔，或一些小的不連續(xù)的溶洞、溶隙等巖溶現(xiàn)象。

地質(zhì)勘查在壩址區(qū)共發(fā)現(xiàn)5條斷層，均為高傾角正斷面，其寬度≤2 m，其中F2、f2、F3斷層走向以西北為主，傾向西南，F(xiàn)1斷層走向?yàn)闁|北向，直立，F(xiàn)4斷層走向?yàn)槲鞅?，傾向南，傾角 70～80°。壩址區(qū)左岸 F2、f2、F3斷層斜交壩軸線，F(xiàn)2、f2 斷層位于靠近左岸河床處，同時(shí)貫穿大壩上下游，形成地下水之通道，在大壩下游壩腳100 m內(nèi)發(fā)現(xiàn)2處泉水出露點(diǎn)。F3斷層位于左岸輸水洞附近，在下游延伸處100 m內(nèi)發(fā)現(xiàn)1處泉水出露點(diǎn)，流量5 L/s，滲漏問題嚴(yán)重。F3斷層影響帶,鉆進(jìn)過程中不回水，同時(shí)壓力僅升到0.2 MPa，每分鐘流量均超過100 L。F1、F4處于大壩下游右岸80 m,對(duì)大壩的滲漏影響不大。右岸巖體相對(duì)完整，但巖溶發(fā)育。

2.設(shè)計(jì)方案

2.1 初步設(shè)計(jì)方案

2.1.1 壩肩、壩基防滲帷幕灌漿

為了使壩基帷幕灌漿與防滲面板形成一個(gè)整體，帷幕灌漿孔布置在面板下部。施工時(shí)先澆注一定高度的面板（臺(tái)階狀）作為灌漿平臺(tái)進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿工程結(jié)束后，再進(jìn)行面板施工。灌漿平臺(tái)251高程以下寬度按面板厚度進(jìn)行施工，251以上寬度為4m，考慮施工布孔方便以及地形條件平臺(tái)長(zhǎng)度采用6m，平臺(tái)厚度2.2m。灌漿平臺(tái)按施工縫采用設(shè)置鍵槽的方法進(jìn)行處理，與上部面板進(jìn)行連接。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，左壩坡發(fā)現(xiàn)3處斷層，透水率＞100Lu，斷層深度較深（＞35 m,沒有查清深度）。帷幕灌漿采用懸掛式帷幕，為保證灌漿質(zhì)量在左壩坡采用雙排灌漿，第一排灌漿孔中心線布置在溢流壩段距離壩面1.4m處，在擋水壩段距離壩面0.8 m，分三序施工，最終水平孔距1.5 m，左壩坡灌漿深度深入基巖25 m，壩基處灌漿深度15 m，灌漿范圍從樁號(hào)0-059.64至0+073.86。第二排灌漿孔與第一排間距為2m，仍采用懸掛式帷幕，孔距、深度同第一排。

2.1.2 F2 、f2、F3斷層破碎帶處理

根據(jù)壩址區(qū)綜合地質(zhì)圖和地質(zhì)報(bào)告的斷層描述，F(xiàn)2在大壩上游延伸長(zhǎng)度長(zhǎng)度為11 m，斷層寬度一般為0.5～1 m，最寬處約2 m；由于物探在上游只做了5個(gè)剖面，沒有做到275高程，根據(jù)物探報(bào)告和物探工作布置及成果圖推斷，f2在上游應(yīng)為貫通性斷層，自大壩至275.0 m高程長(zhǎng)度約為162 m,斷層及影響帶寬度2m；F3在上游也應(yīng)為貫通性斷層，根據(jù)“輝縣市長(zhǎng)嶺水庫壩址區(qū)綜合地質(zhì)圖”，F(xiàn)3的延長(zhǎng)線與上游275.0m等高線不相交，最高相交的等高線高程為270.0m，綜合考慮將F3的延長(zhǎng)線與270等高線交點(diǎn)，做為本次初步設(shè)計(jì)F3斷層處理的起始點(diǎn)，該起始點(diǎn)至大壩水平長(zhǎng)度為239m，斷層破碎帶以及影響帶寬度約6.0m。

為確保治漏效果，本次設(shè)計(jì)采用對(duì)上述F2、f2、F3三個(gè)斷層及影響帶進(jìn)行開挖，然后采用混凝土鋪蓋型式封堵，混凝土鋪蓋厚度F3采用1.5m，F(xiàn)2、f2采用1.0m，鋪蓋寬度F2、f2、F3寬度分別為 2.0、2.0、6.0m，鋪蓋長(zhǎng)度分別為 11、162、239m。

2.2 施工設(shè)計(jì)方案

為了能較好的處理左壩肩破碎帶問題，施工圖設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員和地質(zhì)人員共同對(duì)壩址區(qū)地質(zhì)情況進(jìn)行了更為詳細(xì)的察看，并進(jìn)行了分析。根據(jù)河谷對(duì)面山坡的斷層裂隙方向以及大小等，針對(duì)F3在上游的延伸，綜合進(jìn)行分析認(rèn)為：F3應(yīng)不是一個(gè)貫通上游對(duì)面山坡的斷層帶，在上游被其他斷層所切割。采用原設(shè)計(jì)方案的幾個(gè)問題：一是由于上游斷層情況不明，而斷層不一定為直線，覆蓋層又很厚，覆蓋層開挖工作量會(huì)很大，有可能會(huì)大大超出設(shè)計(jì)工程量。二是根據(jù)左壩肩及河谷對(duì)岸的裂隙、斷層情況，F(xiàn)3有可能會(huì)被切斷，因此漏水的區(qū)域位置會(huì)與設(shè)計(jì)情況有較大出入，由此造成的可能不僅僅是覆蓋層開挖工程量增加，而是其他的問題。三是左壩肩斷層、破碎帶與裂隙交錯(cuò)糾纏，很難判斷哪個(gè)是斷層哪個(gè)是裂隙，所以才有地質(zhì)勘察報(bào)告關(guān)于f2是斷層還是裂隙的判斷上出現(xiàn)了分歧。按照初設(shè)處理方案對(duì)斷層采用鋪蓋處理時(shí)由于破碎帶與裂隙交錯(cuò)將變得很困難，處理面積小很有可能造成鋪蓋防滲失效，全面積處理會(huì)出現(xiàn)工程量的大幅提高。四是初步設(shè)計(jì)時(shí)由于左壩肩斷層深度沒有探明，初設(shè)方案中帷幕深度并沒有到達(dá)斷層底部，屬懸掛式帷幕。上游的鋪蓋一旦不能將全部的漏水通道封閉，本次除險(xiǎn)加固工程的治漏效果將大打折扣，大壩左壩肩漏水問題將不能夠得到徹底解決。

處理方案：根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中的地質(zhì)剖面圖，左壩肩基巖第一層為白云質(zhì)灰?guī)r，從左至右厚度由63～25m，第二層為灰?guī)r，兩層皆屬寒武系厚層-巨厚層白云質(zhì)灰?guī)r，傾角為315°＜6°?？紤]斷層在巖性分界處變化的可能性，項(xiàng)目組經(jīng)過討論，認(rèn)為施工時(shí)應(yīng)首先做先導(dǎo)孔穿過兩種巖石的交界線，根據(jù)巖心和壓水試驗(yàn)，對(duì)壩基下部斷層的深度進(jìn)行確定。如果能夠確定深度，那么對(duì)壩肩仍采用雙排帷幕，不需再做上游鋪蓋，即可解決滲漏問題；如果深度仍不能確定，就仍維持原設(shè)計(jì)方案，對(duì)上游覆蓋層進(jìn)行徹底清除，搞清各斷層的分布情況，采用混凝土進(jìn)行封堵。

2.3 施工變更設(shè)計(jì)

長(zhǎng)嶺水庫除險(xiǎn)加固工程開工后，即對(duì)壩基、壩肩及斷層進(jìn)行開挖查驗(yàn)，及時(shí)對(duì)開挖情況進(jìn)行記錄，對(duì)基本地質(zhì)情況在平面圖上進(jìn)行了標(biāo)示。

2009年11月10日，大壩下游二道壩基礎(chǔ)完成開挖，發(fā)現(xiàn)有二個(gè)斷層存在，其中右端該斷層有水滲出，該斷層走向指向右壩肩上游。2009年12月8日，溢流壩壩前淤積及擋水壩前風(fēng)化巖層開挖完成，根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)基坑查勘情況，沿左壩肩一直往左，壩前存在大量斷層及裂隙；溢流壩靠近右壩肩位置壩基存在一斷層，該斷層走向指向右壩肩上游山體，在水庫無水情況下有水滲出。

2009年12月11日，對(duì)開挖的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了地質(zhì)編錄，并繪制了壩前斷層平面圖，完成了工程區(qū)地質(zhì)圖測(cè)繪工作。

未開挖前，由于覆蓋層較厚或表層巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，許多斷層原先未發(fā)現(xiàn)，開挖后發(fā)現(xiàn)斷層較多，僅在左壩肩就有9條斷層和2條節(jié)理裂隙，斷層走向主要為NW，傾向NE，其次為NE，均為高傾角正斷層。各斷層延伸長(zhǎng)度均不長(zhǎng)，在斷層內(nèi)一般有粘土和斷層角礫巖充填，膠結(jié)一般。斷層將左壩肩山體切割分塊，山體較為破碎，且斷層大部分與壩軸線相交?？拷覊渭鐜斓子幸粭l斷層，走向2700，垂直壩軸線。發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)附近巖體有很多斷層裂隙等薄弱情況，這些問題很多是在做工程初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)過程中沒有發(fā)現(xiàn)的。各斷層具體情況斷層統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 斷層統(tǒng)計(jì)表

開挖基巖面共發(fā)現(xiàn)有3個(gè)部位有巖溶現(xiàn)象，面積為5～8m2巖溶比較輕微，未發(fā)現(xiàn)大的溶洞等溶蝕產(chǎn)物，僅有一些小的不連續(xù)的溶洞、溶隙、溶蝕坑等巖溶現(xiàn)象，洞徑0.5～0.8m。在這些溶蝕坑、溶洞里充填著粘土。僅在靠近右壩肩壩腳前有一小溶洞，孔口直徑5cm,連續(xù)向外涌水，在大壩下游二道壩中有一處斷裂帶處也在往外涌水，從上游斷層f12的產(chǎn)狀和小溶洞的位置來看，二者有一定的內(nèi)在聯(lián)系。

長(zhǎng)嶺水庫壩址區(qū)地質(zhì)地形條件復(fù)雜、斷層裂隙分布較多，水庫漏水成為制約水庫發(fā)展和效益的主要問題，是本次除險(xiǎn)加固工程最主要的任務(wù)之一。水庫大壩壩址區(qū)及兩壩肩附近巖體風(fēng)化嚴(yán)重，多條大的斷層貫穿大壩上下游基巖及壩肩。因此，要解決水庫漏水問題，必須要查清庫區(qū)、壩址區(qū)及壩肩的地質(zhì)要素分布情況，然后根據(jù)具體情況采取針對(duì)措施進(jìn)行有效處理。

根據(jù)前述的地質(zhì)情況經(jīng)分析認(rèn)為，斷層f12和小溶洞與二道壩的右端斷層存在關(guān)聯(lián)，貫通大壩上下游，形成滲漏通道。根據(jù)右壩肩現(xiàn)場(chǎng)情況和工程施工期間當(dāng)?shù)厝罕娊榻B，水庫蓄水期間右壩肩漏水嚴(yán)重，并伴有漩渦現(xiàn)象，以及當(dāng)?shù)卦鴧⒓铀畮焓┕さ娜罕娊榻B，右壩肩上游存在有溶洞，兒時(shí)曾鉆進(jìn)去過現(xiàn)象。認(rèn)為在大壩的右壩肩存在著滲漏隱患。

通過壩前的開挖、二道壩的開挖，以及先導(dǎo)孔的鉆孔灌漿資料，可以發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況比原地質(zhì)勘查報(bào)告更復(fù)雜，面積、范圍更廣，深度更深，因此需對(duì)原大壩防滲體系設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，增加右壩肩以及左壩肩灌漿長(zhǎng)度及深度，方可形成完整的防滲體系。有效地阻斷滲漏通道。

針對(duì)壩址區(qū)斷層、裂隙范圍、深度都超出了原地址勘察報(bào)告的情況，本次處理的方法采用擴(kuò)大帷幕灌漿范圍，加大孔深，以期能與上游防滲鋪蓋搭接的方法進(jìn)行處理。

處理方案如下：考慮左壩肩附近巖體破碎及斷層裂隙分布密集的情況，為了對(duì)左壩肩進(jìn)行徹底的防滲處理，設(shè)計(jì)將灌漿孔沿壩軸線方向向外延伸，比原設(shè)計(jì)增加24個(gè)孔，灌漿范圍至左壩頭外15m，使孔底高程至223m，共計(jì)灌漿長(zhǎng)度1267.65m，設(shè)檢查孔3個(gè)，孔深共計(jì)156.01m。根據(jù)基礎(chǔ)開挖情況，針對(duì)右壩肩附近斷層，將右側(cè)壩基灌漿范圍向右延伸，延伸14個(gè)孔跨過f12至右壩肩附近，考慮設(shè)計(jì)灌漿孔孔底高程223 m，共計(jì)灌漿長(zhǎng)度227.36 m，設(shè)檢查孔1個(gè)，孔深16.24 m。根據(jù)開挖情況右壩肩端部基巖情況較好，因此端部不再進(jìn)行帷幕；對(duì)于右壩肩上游斷層及溶洞進(jìn)行灌漿處理，灌漿沿道路方向向上游延伸52 m，單排孔，孔深至庫底高程下15 m（即223 m高程），設(shè)計(jì)孔深56 m，共計(jì)布孔35孔，灌漿長(zhǎng)度1960 m，設(shè)置檢查孔4個(gè)，共計(jì)孔深224 m。原設(shè)計(jì)雙排灌漿孔（1～40#）由原設(shè)計(jì)孔底高程加深至223.00 m高程，共計(jì)增加孔深747.34 m，相應(yīng)檢查孔增加132.4 m。

3.施工情況

長(zhǎng)嶺水庫防滲工程基本按照上述最終變更方案進(jìn)行實(shí)施，實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)右壩肩上游段鉆孔取芯較完整，巖石多為弱風(fēng)化，灌漿吃漿量很小，經(jīng)與業(yè)主研究，停止了繼續(xù)灌漿。

F3斷層按照初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了開挖，并用混凝土進(jìn)行了回填。f2斷層位于壩前，由于淤積土厚度很大，開挖會(huì)嚴(yán)重影響工程施工進(jìn)度，并且現(xiàn)場(chǎng)開挖可以看到大壩初建時(shí)以用漿砌石進(jìn)行過封堵，經(jīng)與業(yè)主研究后，未對(duì)f2斷層上游進(jìn)行開挖回填封堵。

4.加固效果

2010年8月19日，工程接近完工時(shí)，一場(chǎng)大雨，水庫在幾小時(shí)內(nèi)蓄滿溢洪，溢洪時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多月。12月我們專程到水庫對(duì)防滲效果進(jìn)行調(diào)查，大壩左壩肩原有滲漏點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，左側(cè)山體沒有濕潤(rùn)情況；大壩壩體有滲水現(xiàn)象，高程基本發(fā)生在灌漿平臺(tái)高度；大壩右壩肩壩體與巖體接觸面存在滲漏現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查，水庫高水位最大日總滲漏量比加固前滲漏量減少了約80%，防滲處理取得了較好的效果，但仍存在漏水問題。

2011年4月往年為干庫的長(zhǎng)嶺水庫，在抗旱應(yīng)急時(shí)實(shí)施灌溉引水200余萬m3；2011年汛期水庫來水較少，水庫未蓄滿，引水灌溉100余萬m3。水庫加固2年來，取得了較好的灌溉效益。

5.小結(jié)

一是長(zhǎng)嶺水庫的地質(zhì)情況非常復(fù)雜，進(jìn)行了2次勘探，并進(jìn)行物探工作，但最后的結(jié)果與實(shí)際開挖情況仍有較大出入，說明了石灰?guī)r地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜性，地質(zhì)報(bào)告不是萬能的，也有局限性，它只是我們的一個(gè)依據(jù)，一個(gè)參考，設(shè)計(jì)時(shí)要消化吸收，還要充分考慮其他因素的影響。二是右壩肩漏水問題說明，僅靠混凝土的粘聚力防滲是不可靠的，仍需要進(jìn)行防滲處理。三是設(shè)計(jì)人員只有通過設(shè)計(jì)、施工和結(jié)果比較才能發(fā)現(xiàn)問題，找到自己的不足，提高自己的水平。