清鎮(zhèn)市燕尾水庫滲漏分析及防滲設(shè)計分析

吳位釗　魏　瀟

（貴陽市水利水電勘測設(shè)計研究院貴州貴陽550002）

清鎮(zhèn)市燕尾水庫滲漏分析及防滲設(shè)計分析

吳位釗魏瀟

（貴陽市水利水電勘測設(shè)計研究院貴州貴陽550002）

受地層巖性及斷層構(gòu)造影響，清鎮(zhèn)市燕尾水庫水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。本文通過對水庫庫尾、鄰谷、庫首進(jìn)行滲漏分析，根據(jù)左、右岸及庫首水文地質(zhì)特征，提出處理意見及防滲設(shè)計方案，并對庫首煤窯采空防滲和地質(zhì)缺陷提出了工程處理措施，以期為類似案例提供借鑒。

清鎮(zhèn)燕尾水庫；滲漏分析；煤窯采空；防滲設(shè)計；處理措施

1　工程概況

清鎮(zhèn)市燕尾水庫位于貴陽市清鎮(zhèn)市站街鎮(zhèn)東南側(cè)的趙五寨村境內(nèi)，距清鎮(zhèn)市區(qū)約11.4km。該水庫以清鎮(zhèn)職教城供水為主，同時作為清鎮(zhèn)市應(yīng)急保障水源的綜合水利工程。大壩壩型為重力壩，最大壩高32m，壩址以上流域集水面積為25.9km2，正常蓄水位高程為1242m，正常蓄水位以下庫容159萬m3，工程等級為Ⅳ級，工程規(guī)模為?。?）型。庫區(qū)河谷為縱向谷，左岸及庫首為可溶巖與非可溶巖互層或夾層，右岸以強(qiáng)可溶巖為主，巖溶形態(tài)發(fā)育，加上庫首地質(zhì)條件較復(fù)雜，故形成了可溶巖地層與庫首斷層及采空貫穿分布的滲漏通道。所以，滲漏及大壩基礎(chǔ)地質(zhì)缺陷處理成為該水庫建壩成庫的主要水文與工程地質(zhì)問題。

2　水庫區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1地形地貌

庫區(qū)處于長江流域烏江水系貓?zhí)右患壷Я鏖L沖河中游，河流總體由北東流向南西，并于庫首段轉(zhuǎn)向南東。庫區(qū)河段地勢總體北高南低，兩岸峰頂高程多在1300m以上，河床高程1219m～1249m，相對高差70m以上。兩岸坡沖溝發(fā)育，坡度多在15°以上，局部為陡壁。由于河谷切割深度不大，且受河流蜿蜒曲折影響，庫首段位于河灣地塊上，近庫首左岸北東側(cè)存在大沖沖溝鄰谷，沖溝溝底高程1224m～1250m；近庫首右岸南東側(cè)存在羊昌壩沖溝鄰谷，沖溝溝底高程在1222m～1240m，庫首山脊峰頂高程在1267m以上。所以，除庫首地形較單薄且存在低鄰埡口外，大部分山體較雄厚。

庫段河流較平緩，平均比降為0.92%，谷底寬7m～50m，河流切割淺，呈較對稱的淺切寬緩“V”型河谷。河谷兩岸階地較發(fā)育，分布少量河床沖積形成的漫灘，形成以低中山溶蝕—侵蝕地貌為主，河谷及階地地貌次之的地貌類型。

2.2地層巖性

庫區(qū)內(nèi)及兩岸出露地層主要為二疊系下統(tǒng)梁山組（P1L）及棲霞、茅口組（P1q+m），上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2L）及第四系（Q）。巖性由分布于右岸的P1L之石英砂巖夾粘土巖等非可溶巖，及P1q+m之灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等可溶巖；分布于左岸及庫首的P2L之燧石灰?guī)r等可溶巖與硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁巖、煤等非可溶巖互層或夾層組合而成。其中可溶巖約占地層總厚度的80%。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)大地構(gòu)造處于貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（Ⅰ1A3），為黔北和黔南不同構(gòu)造變形面貌的過渡地帶中段。區(qū)內(nèi)斷裂褶皺發(fā)育，其構(gòu)造形跡以擠壓型的北東向為主，部分因受后期改造而偏轉(zhuǎn)呈東西向或北西向，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。與庫區(qū)有關(guān)的構(gòu)造主要有柿花樹向斜、破巖斷層、柿花樹斷層及林東斷層，旁側(cè)多見小褶曲及派生的小斷層（如f3斷層）。

2.4巖溶水文地質(zhì)

庫區(qū)河谷總體為縱向谷，庫首因受構(gòu)造影響為近橫向谷。庫區(qū)P1q+m及P2l之可溶巖巖溶多平行于構(gòu)造線發(fā)育，富水性很強(qiáng)，為強(qiáng)巖溶含水層。P1L及P2L之碎屑非可溶巖，富水性弱，為弱透水層。

受巖溶地質(zhì)條件控制，右岸地下水為巖溶管道水或溶蝕裂隙水，左岸及庫首地下水以基巖裂隙水、溶隙水為主，兩岸地下水排泄于最低基準(zhǔn)面長沖河內(nèi)。據(jù)調(diào)查及鉆孔揭示，兩岸地下水均高于河水，河谷水動力條件屬補(bǔ)給型。但右岸巖溶發(fā)育，且受林東沖溝切割及巖層走向控制；庫首受單薄河灣地塊、煤窯采空等影響，而導(dǎo)致地下水呈低、平之特點。左岸沖溝出露泉點較高且流量穩(wěn)定，地下水分水嶺高且水力坡降大。

3　水庫滲漏分析

3.1庫尾滲漏分析

庫尾見KS2巖溶大泉（高程1242.5m）及流量較小的常流泉水補(bǔ)給庫水，出露高程均高于水庫正常蓄水位，為地下水補(bǔ)給庫水。加上庫尾無低于低矮鄰谷存在，故水庫在正常蓄水位下不會產(chǎn)生庫尾滲漏問題。

3.2左岸滲漏分析

左岸鄰谷大沖沖溝與水庫河谷相距0.3km～0.9km，山體總體較雄厚，庫首段較單薄，大沖沖溝溝底高程1227m～1250m。左岸地層巖性為P2l之碳酸鹽巖與碎屑巖兼層或夾層弱透水層。庫岸沖溝及大沖沖溝庫區(qū)側(cè)多有常流泉點出露，高程多高于正常蓄水位，枯季流量穩(wěn)定。故判定左岸地下分水嶺寬厚，且高于水庫正常蓄水位，庫水向大沖沖溝鄰谷產(chǎn)生滲漏的可能性小。

3.3右岸滲漏分析

右岸鄰谷羊昌壩沖溝與水庫河谷相距0.3km～0.6km，山體較雄厚，羊昌壩沖溝溝底高程1223m～1250m。右岸地層巖性主要以P1q+m之碳酸鹽巖強(qiáng)透水層為主，P2l之碳酸鹽巖與碎屑巖兼層或夾層弱透水層次之。受右?guī)彀兜叵旅す扔绊懀镀聸_溝少有泉點發(fā)育，近庫首右岸林東沖溝內(nèi)發(fā)育有KS3巖溶泉水，出露高程1242.3m，與庫尾KS2巖溶大泉出露高程基本持平，均略高于正常蓄水位，流量大且穩(wěn)定。經(jīng)庫區(qū)巖溶管道調(diào)查及連通試驗分析，KS3巖溶泉水主要受白泥壩巖溶管道及兔長坡巖溶管道補(bǔ)給而最終匯入庫區(qū)。加上右岸兔長坡附近KW77洼地內(nèi)ZK5鉆孔揭露其地下水高程為1251.5m，均高于水庫正常蓄水位及KS3巖溶泉水。故基本判定右岸坡地下分水嶺低平，但略高于水庫正常蓄水位，庫水向羊昌壩沖溝鄰谷產(chǎn)生滲漏的可能性小。

3.4庫首滲漏分析

庫首河谷為近橫向谷，巖層傾下游，傾角20°～40°。地層巖性主要為P2l之燧石灰?guī)r與碎屑巖兼層，巖溶弱發(fā)育。

（1）庫首左岸外側(cè)平行大壩分布大沖沖溝低鄰谷，低于水庫正常蓄水位約17m。據(jù)鉆孔壓水資料，強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化中上部巖體大多難以加壓，其透水性較強(qiáng)；弱風(fēng)化中下部至微風(fēng)化巖體透水性弱，q≤6Lu。受派生f3斷層構(gòu)造影響及局部燧石灰?guī)r可溶巖控制，部分岸坡地下水直接通過微小巖溶管道或溶蝕裂隙補(bǔ)給河水，左壩肩ZK6鉆孔揭示地下水位低平。故庫水存在繞左壩肩產(chǎn)生滲漏的問題。

（2）河床河心ZK9、ZK10兩個鉆孔均遇承壓水，ZK11鉆孔水位與河床水位基本持平。故判定壩址河床不存在懸拖河情況，庫水在近壩河段通過可溶巖向下游產(chǎn)生深層滲漏的可能性小。但存在繞壩基淺部基巖產(chǎn)生滲漏的問題。

（3）庫首右岸為一河灣地塊，玄長約600m，地形較破碎，外側(cè)平行大壩分布羊昌壩沖溝低鄰谷，低于水庫正常蓄水位約20m。據(jù)鉆孔壓水資料，強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化中上部巖體大多難以加壓，其透水性強(qiáng)；弱風(fēng)化中下部至微風(fēng)化巖體透水性弱，q≤5Lu。據(jù)右岸ZK13及ZK14鉆孔揭示地下水位均高于河水位而低于水庫正常蓄水位。加上庫首右岸受構(gòu)造影響，巖體風(fēng)化較深較強(qiáng)烈，溶蝕裂隙、小型溶管現(xiàn)象較發(fā)育。庫水存在繞庫首右岸產(chǎn)生滲漏的問題。

（4）庫首采空滲漏

經(jīng)調(diào)查，壩區(qū)采空為當(dāng)?shù)卮迕裼?0世紀(jì)末自采小煤窯產(chǎn)生，洞口分布高程1222.1m～1241.8m，多為無序開采，深度十幾米至百余米不等，煤窯已被關(guān)停多年，洞口多垮塌或被封堵。

水庫蓄水后將導(dǎo)致庫水入滲、徑流、排泄而滲漏。主要表現(xiàn)以下三個特征：①入滲巖體發(fā)育的裂隙、人為采煤通道、非連續(xù)零亂挖空區(qū)、冒落松動區(qū)等均為庫水較通暢入滲、徑流通道，成為煤窯的充水水源，而產(chǎn)生滲漏；②無序采煤破壞煤系地層隔水完整性、地下分水嶺連續(xù)性；③兩岸地下分水嶺地帶，煤窯采空無規(guī)則，存在滲漏泄水量隨庫水升降而加減的問題。常年蓄水，采煤產(chǎn)生的移動盆地因水動力作用進(jìn)一步惡化，滲漏徑流通道被侵蝕通暢化，從而將導(dǎo)致庫水滲漏量增大。

水庫蓄水后，產(chǎn)生滲漏的重點部位為庫首壩基（肩）及近壩庫岸的繞壩滲漏及采空滲漏。

4　水庫防滲設(shè)計及地質(zhì)缺陷處理

4.1防滲方案設(shè)計

經(jīng)上述分析知，水庫庫尾、庫腰一帶產(chǎn)生滲漏的可能性小，庫首兩岸及壩基存在滲漏問題，需對采空進(jìn)行回填封堵，并采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理。

為切斷庫水與下游河床及鄰谷的水力聯(lián)系，庫首兩岸帷幕灌漿接P2L之碎屑非可溶巖為端點，且滿足正常蓄水位與地下水位交點外延20m；庫首右岸帷幕端點須穿過河灣地塊、斷層及P1m地層。帷幕線長1355m。庫首兩岸因無連續(xù)分布的相對隔水層，故為懸帷幕，帷幕底界接至地下水位以下10m～15m，且壓水試驗呂榮值連續(xù)三段小于5Lu來控制。采用單排布孔，孔距2m～3m。防滲帷幕灌漿總進(jìn)尺27547m，其中有效進(jìn)尺12228m。煤窯采空回填封堵量1030m3。

4.2地質(zhì)缺陷處理

（1）對壩基開挖揭示的裂縫、斷層、軟弱夾層、破碎石帶等不良地質(zhì)缺陷可采取同強(qiáng)度等級的混凝土置換處理；

（2）對庫首煤窯采空區(qū)采取C20混凝土進(jìn)行回填封堵；

（3）基巖體接觸帶是加強(qiáng)滲流穩(wěn)定重點地帶，對于碎屑巖尤為重要，須加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理；

（4）在進(jìn)行帷幕灌漿施工中，須加強(qiáng)巖性變化觀察、加強(qiáng)壓水試驗及地下水位變化觀測，根據(jù)先導(dǎo)孔及實際地質(zhì)情況對帷幕灌漿布置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；

（5）帷幕灌漿施工中，須加強(qiáng)清孔工作，鉆孔內(nèi)不得有沉砂等渣質(zhì)，確保灌漿質(zhì)量。

5　結(jié)語

清鎮(zhèn)市燕尾水庫工程現(xiàn)處于施工初期，仍需要施工開挖進(jìn)一步的驗證，有待蓄水檢驗。通過本項目的勘察和設(shè)計，對該類水庫的前期工作有以下幾點認(rèn)識：

（1）水庫是否成庫的關(guān)鍵在于對滲漏問題處理的成敗，加強(qiáng)野外地質(zhì)調(diào)查、勘探、試驗、調(diào)繪等，保證基礎(chǔ)資料的完整性、真實性和準(zhǔn)確性，然后通過綜合分析，可縮小結(jié)論判斷與現(xiàn)場實際的差異。

（2）查明水庫兩岸地下水分水嶺類型及其與水庫正常蓄水位關(guān)系，加強(qiáng)鉆孔水位、常流泉水流量長期觀測和壓水試驗成果的統(tǒng)計分析尤為重要，對水庫滲漏分析和防滲設(shè)計具有指導(dǎo)意義，在小型水利水電工程中應(yīng)引起足夠重視。

（3）可溶巖與非可溶巖互層或夾層地層存在差異風(fēng)化，施工中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)工作。根據(jù)現(xiàn)場開挖揭露地質(zhì)情況以及帷幕灌漿先導(dǎo)孔和試驗參數(shù)，對帷幕灌漿設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，既可節(jié)約工程投資，又可更好的達(dá)到防滲效果。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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