巖溶洼地成庫(kù)地質(zhì)論證及防滲處理

劉 茂，周義波，劉 軍

(1.貴陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.四川大學(xué)水電學(xué)院，四川 成都 610065)

1 工程概況

貴陽(yáng)市花溪區(qū)青巖鎮(zhèn)南街村水資源綜合利用試點(diǎn)工程，位于青巖河一級(jí)支流大坡河的支流頭井河上，水體補(bǔ)給方式為豐水期利用地表水及泉水進(jìn)行補(bǔ)給、枯水期從玉帶河污水處理廠旁提水至庫(kù)區(qū)進(jìn)行補(bǔ)給，提水管道長(zhǎng)約2.1km。水庫(kù)水域面積為4.85×104m2，平均水深1.5m，總庫(kù)容13.8×104m3，受南門古驛道路面高程控制，正常蓄水位1050.0m。溢洪方式為自由溢洪，溢洪道布置于單薄埡口處，單薄埡口作簡(jiǎn)易壩體。

2 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)論證

2.1 工程地質(zhì)論證

2.1.1 地形地貌

庫(kù)區(qū)屬淺切低中低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)地下巖溶管道發(fā)育，在溝WD02(2號(hào)洼地)的下游側(cè)形成單薄埡口，單薄埡口基巖面高程約1051.0m，洼地漏斗底部高程約1046.0m。工程利用單薄埡口上游兩洼地成庫(kù)。青巖古鎮(zhèn)位于左岸山體上，大多基巖裸露；庫(kù)尾為緩坡地形，坡度約3°～8°。巴沖背斜穿過庫(kù)區(qū)，走向約NE 20°。庫(kù)區(qū)左岸基巖裸露，走向?yàn)?5°～133°，洼地走向?yàn)?5°～125°。水庫(kù)成庫(kù)洼地簡(jiǎn)況如圖1所示。

圖1 水庫(kù)成庫(kù)洼地簡(jiǎn)示圖

2.1.2 地層巖性

庫(kù)區(qū)出露地層由新到老主要為：第四系(Q)，黃色、褐黃色粘土和沖積礫石砂卵石層，主要分布于庫(kù)區(qū)兩岸坡地，庫(kù)區(qū)兩洼地內(nèi)部分布有灰黑色淤泥。三迭系中統(tǒng)青巖組(T2q)，灰、深灰色灰?guī)r、頁(yè)巖互層或夾層，偶夾泥灰?guī)r，厚400～1000m。三迭系下統(tǒng)谷腳組(T1g)，灰色薄層板狀灰?guī)r，泥灰?guī)r，夾紫紅色灰?guī)r、厚層灰?guī)r，厚173～512m。

圖2 庫(kù)區(qū)典型工程地質(zhì)剖面圖

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)主要構(gòu)造為巴沖背斜，走向?yàn)镹NE向，該背斜從擬建青巖鎮(zhèn)南街村水資源綜合利用工程庫(kù)區(qū)穿過，延伸長(zhǎng)度約8km。背斜兩側(cè)基巖產(chǎn)狀為：18°～48°∠25°～27°、349°～355°∠11°～23°。受構(gòu)造控制，其軸部基巖裂隙、節(jié)理極發(fā)育，主導(dǎo)地下水沿軸部基巖裂隙從地勢(shì)較高地段往地勢(shì)較低地段滲流。工程區(qū)發(fā)育裂隙主要為：①N20°E/65°～75°NW，裂隙面平直，張開；②N35°～45°W/25°～30°NE，裂隙面平直，近閉合狀，延伸較短；③N85°～90°W/45°～52°NE，裂隙面平直，近閉合狀，延伸較短。庫(kù)區(qū)典型工程地質(zhì)剖面，如圖2所示。

2.2 水文地質(zhì)論證

工程區(qū)內(nèi)洼地主要利用天然巖溶管道進(jìn)行排水，巖溶強(qiáng)發(fā)育，巖溶總體沿基巖走向發(fā)育。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，受巴沖背斜控制，庫(kù)岸及庫(kù)尾常見地下水滲出地表，往庫(kù)區(qū)洼地匯集，后通過洼地底部巖溶管道向沖溝下游KS01出口處排泄。庫(kù)岸及庫(kù)尾地下水位較高，洼地底部巖溶管道附近地下水位相對(duì)較低。地表明流及地下溶蝕暗流相互作用、共同存在，場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，富水巖層與透水巖層共存于庫(kù)區(qū)，不利于成庫(kù)。

3 水庫(kù)滲漏及邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 水庫(kù)滲漏分析

(1)成庫(kù)條件論證

根據(jù)庫(kù)區(qū)內(nèi)滲漏點(diǎn)的排泄方向、巖層走向、構(gòu)造走向、基巖巖性及河流間關(guān)系，初步判定玉帶河為擬建花溪區(qū)青巖鎮(zhèn)南街村水資源綜合利用試點(diǎn)工程庫(kù)區(qū)滲漏排泄最低面，由此推算庫(kù)區(qū)內(nèi)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育深度20～30m。

(2)低鄰谷

低鄰谷河流系統(tǒng)為西門河，該河流流經(jīng)庫(kù)尾及庫(kù)區(qū)左岸，河段河床高程約1034～1051m，所以庫(kù)尾及左岸存在低鄰河谷。庫(kù)尾現(xiàn)有泉點(diǎn)KS03，該泉點(diǎn)補(bǔ)給庫(kù)區(qū)，出口高程約1053.6m，高于正常蓄水位。初步推斷庫(kù)尾公路處存在地下分水嶺，分水嶺兩側(cè)地下水分別補(bǔ)給庫(kù)區(qū)及西門河，分水嶺處地下水位高程應(yīng)高于泉點(diǎn)KS03出口高程。推測(cè)庫(kù)尾地下水位高于正常蓄水位，庫(kù)水經(jīng)庫(kù)尾向鄰谷西門河滲漏可能性小。左岸低鄰谷為西門河下游河段，其河床高程約1034～1043m。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)查，古鎮(zhèn)北門地下水補(bǔ)給庫(kù)區(qū)，由于北門地表高程約1047.6～1055.1m，北門至西門河為緩坡地段，緩坡傾向西門河，所以初步推斷庫(kù)區(qū)左岸地下水高程低于正常蓄水位高程(1050m)，但庫(kù)區(qū)與左岸西門河低鄰谷間地層為三迭系中統(tǒng)青巖組(T2q)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該層含較厚的頁(yè)巖層，是可靠的隔水層，且3號(hào)洼地(WD03)雨季可以正常蓄水，故向左岸西門河滲漏的可能較小。

3.2 庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定分析

區(qū)內(nèi)地貌屬黔中丘原低中山地貌區(qū)，一般河谷較寬淺，地勢(shì)較緩。溶丘和盆地為區(qū)內(nèi)分布最廣的組合形態(tài)；其次為峰林谷地、峰叢洼地。區(qū)域內(nèi)未見有崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。水庫(kù)左岸岸坡較陡，但陡坡高度不大，且多為基巖裸露，基巖傾角較緩，為逆向坡，天然岸坡穩(wěn)定。水庫(kù)右岸為緩坡，但位于2號(hào)洼地右岸臨近居民房屋建筑(據(jù)擬建水庫(kù)岸坡3～9m)，覆蓋層較厚，為粘土，厚3.0～6.0m，通常呈硬塑至可塑狀，遇水易分解膨脹。水庫(kù)蓄水后，因產(chǎn)生間接浸沒性內(nèi)澇現(xiàn)象可能造成右岸土體邊坡剝落、坍塌等，從而導(dǎo)致臨近居民房屋建筑地基不均勻沉降或拉裂，故應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。

綜上所述，左岸坡不存在不良地質(zhì)現(xiàn)象，岸坡較穩(wěn)定；右岸邊坡需做好防護(hù)措施，防止水庫(kù)蓄水后臨近房屋地基發(fā)生不均勻沉降而產(chǎn)生基礎(chǔ)變形、拉裂等破壞。

4 水庫(kù)防滲方案選擇

設(shè)計(jì)初擬三種防滲加固方案進(jìn)行比選。

(1)方案一 全鋪蓋防滲方案

采用全湖底鋪設(shè)防滲鋪蓋方案，需開挖山塘水域面積4.85×104m2，湖底面積34516m2。庫(kù)區(qū)地質(zhì)情況極為復(fù)雜，水庫(kù)蓄水后，若地下水及巖溶管道氣體不易由碎石墊層及時(shí)排出，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生地下水、氣頂托問題。另外，在庫(kù)盆鋪設(shè)的碎石、砂反濾層、粘土層，將會(huì)導(dǎo)致庫(kù)底應(yīng)力增大，進(jìn)而引起水庫(kù)滲漏。

(2)方案二 帷幕灌漿防滲方案

防滲帷幕灌漿主要分為庫(kù)首強(qiáng)巖溶地段及左、右?guī)彀度齻€(gè)部分。左岸灌漿帷幕線長(zhǎng)198m，為單排帷幕，采用自上而下分段灌漿，孔距3m，灌漿孔67個(gè)，右岸設(shè)計(jì)帷幕線長(zhǎng)163.5m，為單排帷幕，自上而下分段灌漿，孔距3m，灌漿孔55個(gè)，庫(kù)首段帷幕線長(zhǎng)216.3mm，為雙排帷幕，自上而下分段灌漿，孔距3m，排距1.5m，按梅花狀布置，灌漿孔共143個(gè)。設(shè)計(jì)帷幕線總長(zhǎng)577.8m，灌漿孔265個(gè)，防滲面積約15552m2，有效進(jìn)尺7870.5m，無效進(jìn)尺1443.4m。

(3)方案三 帷幕灌漿及鋪蓋防滲方案

在上游大湖采用灌漿帷幕進(jìn)行防滲處理，在下游小湖采用鋪蓋方案進(jìn)行防滲處理。設(shè)計(jì)帷幕線總長(zhǎng)519.2m，其中雙排灌漿帷幕線長(zhǎng)258.0m，孔距3.0m，排距1.5m，按梅花型布置。帷幕起灌壓力0.3MPa。灌漿平臺(tái)寬2.5m，置于基巖一下30cm，平臺(tái)高度2.0m，采用混凝土澆筑。為方便灌漿帷幕施工，灌漿平臺(tái)頂面應(yīng)盡量平緩，故部分地段或超過2.0m。灌漿平臺(tái)長(zhǎng)255m，開挖土石方4373.8m3，灌漿平臺(tái)砌體方量3329m3。共計(jì)灌漿孔262個(gè)，防滲面積約13033m2，有效進(jìn)尺6995.2m，其中無效進(jìn)尺484.4m。

對(duì)比分析可知，方案一不可行，直接排除。方案二雖可行，但相對(duì)方案三，施工組織較難，尤其在水庫(kù)蓄水后會(huì)引起右岸住宅區(qū)出現(xiàn)間接浸沒性內(nèi)澇問題。經(jīng)三個(gè)方案優(yōu)化比選，選擇方案三，即采取帷幕灌漿及鋪蓋防滲作為水庫(kù)防滲處理方案，最終達(dá)到成庫(kù)條件。

5 結(jié)論

青巖鎮(zhèn)南街村水資源綜合利用洼地成庫(kù)工程庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，富水巖層與透水巖層共存于庫(kù)區(qū)，受構(gòu)造控制，存在一定深度的裂隙、溶隙(局部可能存在溶洞)等滲漏問題。為論證巖溶洼地成庫(kù)可行性并優(yōu)選合理的防滲加固方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和地質(zhì)鉆探成果，結(jié)合洼地現(xiàn)狀、水文地質(zhì)、施工技術(shù)等因素，對(duì)洼地成庫(kù)的地質(zhì)條件、水庫(kù)滲漏問題及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)論證分析。結(jié)果表明：庫(kù)區(qū)洼地現(xiàn)狀水文地質(zhì)條件，不利于成庫(kù)。但鑒于水庫(kù)的特殊性和惟一性，采取帷幕灌漿及鋪蓋防滲的綜合防滲工程措施后，庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)條件將得到有效改善，具備成庫(kù)條件。