茅天水庫復(fù)雜巖溶滲漏問題及防滲處理

李勇軍，張 卓

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002)

?

茅天水庫復(fù)雜巖溶滲漏問題及防滲處理

李勇軍，張 卓

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002)

茅天水庫壩區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜、巖溶發(fā)育，存在向壩址下游的巖溶滲漏問題，防滲處理成功與否成為本水庫能否正常蓄水、發(fā)揮工程效益的關(guān)鍵，在防滲處理時采取電磁CT、洞探、連通實驗等多重勘察手段相結(jié)合，對壩區(qū)的巖溶分布位置、性狀、規(guī)模以及地下水位等進(jìn)行了詳細(xì)勘察，為時時調(diào)整、制定合理、科學(xué)的防滲處理方案提供了可靠依據(jù)，取得較好防滲效果。

巖溶滲漏 ；勘察方法；防滲處理；地質(zhì)條件

1 工程概況

茅天水庫工程位于貴州省務(wù)川縣東北面茅天鎮(zhèn)境內(nèi)周家河左岸支流上河上游，水庫正常蓄水位890.00m，總庫容407萬m3，是一座以農(nóng)田灌溉兼農(nóng)村人畜飲水的小(1)型水庫，樞紐建筑物主要由大壩、壩頂表孔溢洪道、取放水建筑物、放空兼沖沙建筑物等組成，大壩為混凝土砌毛石單曲拱壩，最大壩高46.0m。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址河谷較平直，總體發(fā)育方向為N75°W，河床常年為干谷，河谷高程850.0-854.5m，河谷寬8-13m。正常蓄水位890.0m時，谷口水面寬約120余m。壩址左岸上下游無沖溝發(fā)育，坡面總體平順，綜合坡度在35°左右，坡頂高程在1200m以上。右岸岸坡坡度下陡上緩，875 m高程以下坡度在50°左右，其上坡度在35°左右。壩址區(qū)左右岸坡基巖多裸露，河谷兩側(cè)為一級階地，為厚2-3m的洪積物和殘坡積物覆蓋，河床有零星的第四系分布，壩址區(qū)巖層產(chǎn)狀平緩，分布連續(xù)，產(chǎn)狀N27°E/SE∠9-10°，為橫向河谷結(jié)構(gòu)。壩址出露地層單一，基巖地層巖性均為寒武系上統(tǒng)耿家店組(∈3g)灰色、深灰色中厚層狀結(jié)晶砂屑、礫屑白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖，巖石溶蝕強烈。第四系覆蓋物主要以沖積物(Qapl)及殘坡積物(Qedl)為主。一般厚0.5-2.5m。壩址區(qū)無大的區(qū)域性斷裂構(gòu)造發(fā)育，但節(jié)理裂隙構(gòu)造較為發(fā)育，順主要裂隙方向溶蝕較強烈，局部有小規(guī)模巖溶洞穴發(fā)育。

3 壩址區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件

壩址分布的∈3g可溶性碳酸鹽巖層厚度大，溶溝、溶槽、溶隙及小規(guī)模的溶洞較發(fā)育，多為垂直和斜向溶洞，同時受地形及構(gòu)造影響，巖溶發(fā)育不均一性也較為突出。在右岸一級斜坡頂部有一縱向槽谷展布，內(nèi)有一洼地、落水洞發(fā)育。壩區(qū)巖溶發(fā)育部位、方向多沿主要構(gòu)造走向線及裂隙交匯處。如河谷右側(cè)的K9和左岸坡的K7等溶洞，一般洞徑0.5-1m，洞深多不可測，推測多大于10m，均為干溶洞。同時經(jīng)鉆孔揭露，壩區(qū)地下巖溶也較為發(fā)育，河床以下26m范圍內(nèi)溶蝕溶孔發(fā)育，兩岸的ZK5、ZK7等鉆孔均有掉鉆和揭露到黏土充填孔洞現(xiàn)象，最大掉鉆深度約2.5m(ZK5孔深6.1-8.5m)，最大黏土充填段長約1.3m(ZK7孔深14.2-15.3m)，最低揭露巖溶形態(tài)高程是856.19m(ZK5孔深68.0-69.2m)。在左岸鉆孔揭露的孔內(nèi)溶隙直接與河谷直接連通(連通試驗證實)。物探(EH4)測試資料顯示兩岸強溶蝕區(qū)深度一般在地面以下40m左右，局部超過100m、呈深槽狀，同時在個別探測地段還存在深部溶蝕區(qū)，如右岸槽谷區(qū)最深達(dá)280余m，地下強溶蝕區(qū)距河床水平寬度在左岸600 m左右、右岸550 m左右。壩址區(qū)巖溶除裸露巖溶較發(fā)育外，隱伏巖溶溶蝕也較發(fā)育，其發(fā)育下限不受地表河床控制，除常年地下水位以上各種巖溶形態(tài)發(fā)育較全外，在壩基及兩岸谷坡一定深度內(nèi)仍強溶蝕現(xiàn)象，但多以溶隙型通道為主，未發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模的管道型巖溶發(fā)育。壩址區(qū)地下水通過裂隙、溶隙及層面等由兩岸向河谷排泄。根據(jù)地表水文地質(zhì)測繪，壩址區(qū)泉水出露較少且流量小，多為季節(jié)間歇性泉；通過壩址前期勘探鉆孔成果資料以及施工期間利用灌漿先導(dǎo)孔的長期多次水位觀測資料，壩區(qū)左岸地下水位在861.67-883.92之間，存在向河床的水力坡降，近岸水位較平緩，向遠(yuǎn)岸水力坡降逐漸變陡，綜合水力坡降4.44%；右岸地下水位在847.40-873.10之間，地下水位受岸坡溶蝕區(qū)影響，水位高低不一，存在地下水位溶蝕低槽帶，與壩區(qū)河床綜合水力坡降約2.4%，存在向河床的水力坡降，由于巖溶發(fā)育，兩坡在強溶蝕區(qū)帶附件地下水位低緩，在強溶蝕區(qū)外側(cè)縱深處地下水位才逐漸抬升；在鉆孔內(nèi)以及兩岸開展的連通試驗，其出溢點均位于庫區(qū)河段內(nèi)。

4 壩區(qū)巖溶勘察結(jié)果

4.1 壩基開挖揭露巖溶

壩基開挖未揭露有大的巖溶洞穴發(fā)育和大的巖溶泉點出露，但壩基肩開挖，共揭露有8個小溶孔洞(K1-K8)發(fā)育，其中K1位于壩基河床段靠右岸下游側(cè)，干溶洞，出露高程853m，洞口呈不規(guī)則橢圓形，豎向延伸，洞徑長約1.5m，寬約0.3-0.5m，，可見深度約0.5m，有黏土碎石充填；K2、K3、K4、K5壩基河床段靠右岸上游側(cè)，均為干溶洞，洞涇0.2-0.4m,順河床發(fā)育，可見深度0.3-0.5m，局部為黏土碎石充填；K6、K7、K9位于左壩肩854-860.5m之間，寬約0.3-0.6m，深約0.2-0.5m，順巖層走向發(fā)育，底部為黏土碎石充填。K8位于左壩肩，出露高程856m，洞口不規(guī)則，寬約1m，可見洞深0.3-0.5m，底部為黏土碎石充填。

4.2 兩岸灌漿平硐

兩岸灌漿平硐開挖分布巖性為∈3g中厚層狀白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，巖層平緩，構(gòu)造主要為裂隙；壩基及平硐開挖區(qū)內(nèi)未揭露有大型巖溶管道及巖溶洞穴發(fā)育，但小規(guī)模巖溶形態(tài)較多，在壩基河床段有呈串珠狀的溶穴孔洞等發(fā)育，不規(guī)則，呈豎直或傾斜狀，寬度一般0.2-0.5m，可見深(或長)1-2m，充填沙土或礫石等，壩肩在開挖多有層間溶蝕夾泥等；兩岸平硐開挖在近壩約200m范圍內(nèi)順河向和橫切河向均有溶蝕裂縫發(fā)育，不規(guī)則，呈豎直或傾斜狀，寬度一般0.4-1m，部分為黏土、碎石充填，發(fā)育深度不詳，巖溶發(fā)育范圍與前期勘察所劃設(shè)的強溶蝕區(qū)一致。

4.3 物探揭露可疑巖溶區(qū)段

在施工期間，利用壩區(qū)河床及兩岸灌漿平硐內(nèi)的36個先導(dǎo)孔作了電磁波CT測試，完成測試范圍總長938m，其解譯成果見圖1。

圖1 電磁波CT成果圖

左岸共計完成11對孔的電磁波CT測試，孔間距在16m-24m，共發(fā)現(xiàn)高電磁波吸收系數(shù)異常區(qū)136個，異常區(qū)沿剖面方向發(fā)育長度一般在3m-20m，其中2.5Neper/m-3.5Neper/m之間的71個，推測為巖溶強發(fā)育區(qū)(Ⅱ區(qū))，為灌漿的主要區(qū)域，>3.5Neper/m的65 個，推測為巖溶極強發(fā)育區(qū)(Ⅰ區(qū))，為灌漿的主要區(qū)域；對于電磁波吸收系數(shù)<2.5Neper/m的區(qū)域，推測為巖溶中等和弱發(fā)育區(qū)，為次要灌漿區(qū)，因此成果 解釋時沒有具體進(jìn)行分類和闡述。

1)從水平方向上看，巖溶發(fā)育異常區(qū)(Ⅰ和Ⅱ區(qū))分布比較均勻。

2)從垂向上看，根據(jù)巖溶發(fā)育的情況可以分為4個高程段：1)高程880m以上段，共發(fā)現(xiàn)高電磁波系數(shù)異常區(qū)41個，推測為巖溶極強發(fā)育區(qū)和巖溶強發(fā)育區(qū)，巖溶的發(fā)育主要表現(xiàn)為淺部的垂直裂隙和溶蝕破碎帶，分布比較集中，范圍較大，為灌漿的主要區(qū)域。

3)高程865m-880m段,共發(fā)現(xiàn)高電磁波系數(shù)異常區(qū)29個，推測為巖溶極強發(fā)育區(qū)和巖溶強發(fā)育區(qū)，巖溶的發(fā)育主要表現(xiàn)為淺部的垂直裂隙和溶蝕破碎帶，零星分布，范圍較小，為灌漿的次要區(qū)域。

4)高程835m-865m 段，共發(fā)現(xiàn)高電磁波系數(shù)異常區(qū)78個，推測為巖溶極強發(fā)育區(qū)和巖溶強發(fā)育區(qū)，巖溶的發(fā)育主要表現(xiàn)為中深部的水平巖溶發(fā)育，局部發(fā)育成連通洞穴，分布比 較集中，范圍較大，為灌漿的主要區(qū)域。

5)高程835m以下段，共發(fā)現(xiàn)高電磁波系數(shù)異常區(qū)5個，推測為巖溶強發(fā)育區(qū)，巖溶的發(fā)育主要表現(xiàn)為溶蝕破碎帶，屬于 零星分布，范圍較小，為灌漿的次要區(qū)域。

右岸共計完成8對孔的電磁波CT測試，孔間距在16m-32m之間，共發(fā)現(xiàn)高電磁波吸收系數(shù)異常區(qū)60個，異常區(qū)沿剖面方向發(fā)育長度一般在3m-16m，其中2.5Neper/m-3.5Neper/m之間的41個，推測為巖溶強發(fā)育區(qū)(Ⅱ區(qū))，為灌漿的主要區(qū)域，>3.5Neper/m的19個，推測為巖溶極強發(fā)育區(qū)(Ⅰ區(qū))，為灌漿的主要區(qū)域；對于電磁波吸收系數(shù)小于2.5Neper/m 的區(qū)域，推測為巖溶中等和弱發(fā)育區(qū)，為次要灌漿區(qū)，因此成果解釋時沒有具體進(jìn)行分類和闡述[1]。

1)從水平方向上看，巖溶發(fā)育異常區(qū)(Ⅰ和Ⅱ區(qū))分布比較均勻。

2)從垂向上看，根據(jù)巖溶發(fā)育的情況可以分為2個高程段：①高程855m以上段，60個高電磁波系數(shù)異常區(qū)均分布在段，推測為巖溶極 強發(fā)育區(qū)和巖溶強發(fā)育區(qū)，巖溶的發(fā)育主要表現(xiàn)為淺部的垂直裂隙和溶蝕破碎帶，分布比較集中，范圍較大，為灌漿的主要區(qū)域；②高程 855m以下段,沒有發(fā)現(xiàn)電磁波吸收系數(shù)異常區(qū)，為次要灌漿區(qū)域。

5 防滲處理

壩址區(qū)為強巖溶化巖組地層，存在沿左右岸巖溶溶蝕帶及強風(fēng)化帶繞壩基肩滲漏問題，須對左右岸及河谷由上(游)向下(游)地下水排泄的溶蝕區(qū)域進(jìn)行帷幕封閉攔截防滲處理。防滲帷幕線沿壩頂軸線布置，設(shè)計防滲帷幕按單排孔布置，兩岸近岸巖溶強發(fā)育段孔距按2m設(shè)計(一期)，兩岸遠(yuǎn)端孔距按3m(二期)。兩岸設(shè)灌漿平硐灌漿，灌漿平硐在壩頂高程上沿壩軸線方向向兩岸延伸，左岸長820m，右岸長471m；本工程防滲工作分兩期實施，首期主要針對大壩河床、兩肩斜坡段及近岸溶槽等中淺部強溶帶進(jìn)行防滲，二期則主要根據(jù)蓄水情況再確定是否對遠(yuǎn)岸坡及局部可能深溶蝕區(qū)進(jìn)行防滲處理。首期鉆孔288個；二期鉆孔297個，此外，經(jīng)前期物探揭露，在兩岸局部存在深部溶蝕區(qū)，本次擬對局部深部溶蝕區(qū)進(jìn)行針對性深孔充填灌漿處理，設(shè)計鉆孔暫計10個，平均孔深按250m考慮。

帷幕灌漿自2016年3月開始，共計完成有效進(jìn)尺25991.5m；灌漿總注入灰量約8572.8t，單位耗灰量平均值307.47kg/m。布設(shè)先導(dǎo)孔40個，鑒于壩區(qū)及兩岸巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，防滲線范圍內(nèi)巖溶發(fā)育，壩基及兩岸灌漿平洞開挖揭露小規(guī)模巖溶形態(tài)較多，壩肩在開挖多有層間溶蝕夾泥等；兩岸平洞開挖在近壩范圍內(nèi)順河向和橫切河向均有溶蝕裂縫發(fā)育，其深部發(fā)育隱伏巖溶的可能性大，為近一步查明巖溶的分布位置、規(guī)模、形態(tài)等，灌漿實施時利用先導(dǎo)孔進(jìn)行長期多次水位觀測、連通實驗等，并在相鄰先導(dǎo)孔內(nèi)對壩址區(qū)的巖溶發(fā)育情況進(jìn)行電磁波CT探測，根據(jù)觀測及測試結(jié)果對帷幕進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，使帷幕灌漿有更強的針對性、指導(dǎo)帷幕灌漿施工，對重點區(qū)段重點把控，保證灌漿防滲效果；根據(jù)防滲帷幕灌漿情況，除局部溶蝕、斷層裂隙構(gòu)造帶及左右岸局部淺表風(fēng)化裂隙破碎帶灌漿孔耗漿量較大外，其余灌漿孔吃漿未見較大異常；對吃漿量大的孔，采取了低壓、限量、濃漿、間歇、待凝等灌漿方法對溶洞進(jìn)行了處理，均能達(dá)到防滲要求和灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿施工完成后，按約10%布置了檢查孔對灌漿質(zhì)量進(jìn)行壓水檢查，檢查孔壓水實驗成果均能滿足設(shè)計要求，初步達(dá)到防滲效果，水庫已初步具備蓄水條件，效果良好。

6 結(jié) 語

貴州廣布喀斯特地貌，各種巖溶形態(tài)發(fā)育全，在復(fù)雜巖溶地帶的防滲處理中，茅天水庫在施工期根據(jù)實施情況，結(jié)合物探、硐探、連通實驗等勘察手段，更為準(zhǔn)確、清晰的反映壩區(qū)巖溶發(fā)育情況，為合理確定防滲方案、取得良好防滲效果提供了可靠依據(jù)和保證；對類似項目具有一定借鑒意義。

[1]遵義水利水電勘測設(shè)計研究院.務(wù)川縣茅天水庫工程大壩基礎(chǔ)固結(jié)及大壩防滲帷幕灌漿設(shè)計說明書[R].遵義：遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，2015.

1007-7596(2017)05-0082-03

2017-04-20

李勇軍(1981-)，男，貴州遵義人，工程師，從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作；張卓(1992-)，男，貴州遵義人，助理工程師，從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。

X523

B