大河溝水庫庫區(qū)滲漏勘察及處理

羅銀川

（重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 401120）

1 工程概況

重慶市武隆區(qū)大河溝水庫擴(kuò)建工程是一座以城鎮(zhèn)供水為主、兼有周邊景觀旅游開發(fā)的綜合性水利工程。水庫位于武隆縣中部仙女山鎮(zhèn)的老盤河流域支流大河溝上，水庫壩址距武隆縣城25 km，距仙女山鎮(zhèn)4 km，大壩右岸有武仙公路通過。

水庫原為一座小（二）型水庫，壩頂高程1336.50 m，總庫容20.6 萬m3，大壩為漿砌塊石重力壩，最大壩高18.50 m，水庫運(yùn)行良好。

擴(kuò)建后的大河溝水庫為一座?。ㄒ唬┬退畮欤Ｐ钏?353.50 m，總庫容為111 萬m3。原壩體經(jīng)加固作為高趾墻，擋水建筑物為高趾墻面板堆石壩，最大壩高38.5 m，壩樞建筑物由高趾墻面板堆石壩、溢洪道、放水建筑物及取水建筑物組成。擴(kuò)建工程2015 年5 月10 日獲準(zhǔn)開工建設(shè)，2018 年7 月通過下閘蓄水驗(yàn)收并開始蓄水。

2019 年6 月，當(dāng)水庫最高蓄水至1351.6 m 后，在水庫未?。ǚ牛┧那闆r下，觀察發(fā)現(xiàn)庫水位出現(xiàn)明顯下降，每天下降約30 cm，2019 年7 月庫水位下降至1346.4 m，此后趨于穩(wěn)定，說明水庫存在較高水位時(shí)的滲漏。

2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)河谷呈不規(guī)則“U”型，斜向谷，河谷深切，河床底寬10 m～20 m，左岸為斜向坡，呈陡坡地形，局部基巖裸露，斜坡上部有崩滑堆積；右岸為漿砌塊石陡坡，并有武仙公路從陡坡平臺(tái)上通過，公路高程1354.0 m～1372.3 m，由壩址向上游高程逐漸抬升，公路內(nèi)側(cè)屬陡崖～陡坡地形，公路外側(cè)地形以斜坡為主，一般坡度29°～32°，局部較陡約40°。河流從南西側(cè)流入，北東側(cè)流出，并在大壩下游約260 m 處，進(jìn)入落水洞成為地下伏流。

接龍正斷層從右側(cè)壩肩穿過，并在壩下游穿過河床。經(jīng)施工階段開挖揭示，接龍正斷層走向N78°E，傾向SE（右岸），傾角約70°。斷層上盤為二疊系棲霞組灰?guī)r產(chǎn)狀N30°～80°E，傾向SE，傾角45°～85°,產(chǎn)狀變化較大，斷層接觸帶常見斷層角礫灰?guī)r；斷層下盤為志留系羅惹坪組頁巖，受其影響斷帶附近巖體產(chǎn)狀變化也較大，走向N70°～75°E，傾向SE，傾角40°～65°，與左岸正常產(chǎn)狀有較大差異。

庫區(qū)左岸至庫尾段大多基巖出露，為志留系下統(tǒng)羅惹坪組頁巖，庫區(qū)右岸公路外側(cè)零星出露頁巖，地表廣泛分布有第四系崩坡積塊碎石土，公路內(nèi)側(cè)為灰?guī)r陡坎，因此接龍正斷層帶大致沿公路展布。庫內(nèi)右岸存在傾向右岸山體的接龍正斷層，其上盤為二疊系棲霞組巖溶地層，溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈。根據(jù)初設(shè)階段壩址鉆孔注水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，斷層泥成分主要為粉質(zhì)粘土夾頁巖碎顆粒，滲透系數(shù)在1.0×10-3cm/s～1.0×10-5cm/s 之間，屬中等～弱透水體，因斷層帶在庫岸出露高程恰好在水庫正常蓄水位附近，且斷層帶內(nèi)有一層厚度約1 m 的斷層泥具有一定的隔水層作用，水庫蓄水后庫水并未與斷層上盤巖溶地層直接接觸，所以初步設(shè)計(jì)階段分析庫內(nèi)右岸滲漏的可能性較小，出于節(jié)約工程投資考慮，暫未設(shè)計(jì)庫岸防滲工程措施，但未排除庫水沿右岸滲漏的可能性。

3 滲漏原因初步分析

通過對(duì)蓄水后滲漏情況及本工程前期資料的分析：壩腳未發(fā)現(xiàn)大量地下水溢出，且壩址及左右壩端均采取了可靠的工程措施進(jìn)行防滲，發(fā)生水庫滲漏的可能性??；庫區(qū)左岸、庫區(qū)右岸中部至庫尾段均為志留系下統(tǒng)羅惹坪組頁巖，出露高程高于正常蓄水位，且地層穩(wěn)定，巖體完整性較好，屬弱透水層，封閉條件較好；僅庫區(qū)右岸中部接龍正斷層一帶出露灰?guī)r及斷層破碎帶，是較為可疑的滲漏帶。接龍正斷層斷層帶存在的某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)被水壓力擊穿而產(chǎn)生水庫滲漏的可能性較大，推測(cè)滲漏點(diǎn)高程位于1346 m～1349 m 之間。

通過對(duì)庫區(qū)疑似滲漏帶的分析判斷，仍然需要通過地質(zhì)勘察的手段查明滲漏點(diǎn)的具體部位及高程，為下一步防滲設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。對(duì)本工程滲漏點(diǎn)進(jìn)行查明，并依此對(duì)水庫滲漏進(jìn)行整治設(shè)計(jì)。

4 勘察方案布置

本階段針對(duì)斷層延伸展布情況及特點(diǎn)布置了勘探方案，以查明滲漏帶的分布情況。

本次勘察布置了14 個(gè)鉆孔（見圖1），并在鉆探施工過程中根據(jù)鉆探揭示情況對(duì)鉆孔位置進(jìn)行微調(diào)，以更準(zhǔn)確地查明滲漏帶邊界。鉆孔主要沿?cái)鄬友由旆较虿贾茫矁膳?，上排鉆孔主要布置于正常蓄水位附近，下排鉆孔布置于擴(kuò)建前大河溝水庫最高水位附近，以查明斷層帶延伸情況及場(chǎng)區(qū)巖土體性質(zhì)。同時(shí)采用EH4 物探手段，對(duì)斷層帶及地下巖溶發(fā)育情況進(jìn)行了探查，勘探線路與斷層走向多次相交，這樣就能采集到多個(gè)與斷層的交點(diǎn)；還采用瞬變電磁法沿公路進(jìn)行探查，了解右岸巖溶發(fā)育特征，排查滲漏途徑。

圖1 鉆孔及物探線布置圖

5 勘探成果分析

5.1 鉆探成果分析

本次勘察共完成地質(zhì)鉆孔14 個(gè)，有ZK2、ZK4、ZK6、ZK8、ZK9 等5 個(gè)鉆孔較完整地揭示了斷層帶（ZK11 離斷層較遠(yuǎn)，全孔均為灰?guī)r），其中上盤灰?guī)r巖芯相對(duì)較完整，除ZK2 以外，其余鉆孔均可見溶蝕現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為溶蝕孔洞，ZK4、ZK6 及ZK11 鉆孔有掉鉆現(xiàn)象，ZK4 和ZK6 揭露有斷層角礫灰?guī)r；而頁巖中明顯出現(xiàn)兩種分帶：一種是斷層帶，巖心難以判別出原巖的結(jié)構(gòu)特征，呈泥狀或碎塊狀，局部有地下水沖蝕痕跡（粘土被帶出，僅剩顆粒狀頁巖碎石），孔內(nèi)厚度0.90 m～12.10 m；與斷層帶緊臨的一種分帶為斷層影響帶，巖心呈灰黃色餅狀、稍大一點(diǎn)的碎塊狀，少量短柱狀，有明顯的擠壓破碎現(xiàn)象，孔內(nèi)厚度2.20 m～13.60 m。

本階段布置的上排鉆孔巖芯揭露地層順序一般為灰?guī)r-斷層帶- 斷層影響帶- 頁巖，下排鉆孔巖芯揭露地層順序一般為斷層影響帶- 頁巖或直接為較穩(wěn)定的頁巖，表明斷層帶沿上下兩排鉆孔中間穿過，低于水庫正常蓄水位，斷層在ZK1附近逐漸抬升至正常蓄水位以上，斷層帶出露位置較初設(shè)階段推測(cè)低。

本次勘察揭露灰?guī)r的6 個(gè)鉆孔中，除ZK2 以外，其余5 個(gè)鉆孔均揭示巖溶，鉆孔見洞隙率高達(dá)83%，揭露巖溶的鉆孔均發(fā)現(xiàn)孔口有冷風(fēng)，ZK4 號(hào)鉆孔鉆進(jìn)至30.6 m～31.4 m（高程約1323.38 m～1324.18 m）時(shí)，發(fā)生掉鉆且在孔口能聽到較大流水聲（當(dāng)時(shí)庫水位約1344 m），說明右岸灰?guī)r中巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶連通性較好。

通過對(duì)鉆孔水位觀測(cè)可知，鉆孔穩(wěn)定水位大多低于庫水位及灰?guī)r與庫水直接接觸的最低高程，其中ZK4 鉆孔水位低于灰?guī)r與庫水位接觸高程約22.07 m，表明庫周殘坡積粉質(zhì)粘土有一定的隔水作用，使庫水不直接向右岸巖溶發(fā)育區(qū)大量排泄，滲漏方式為通過庫周土層中薄弱點(diǎn)的向巖溶管道滲漏。

本次勘察在右岸13 個(gè)鉆孔共進(jìn)行壓水試驗(yàn)61 段，根據(jù)鉆孔壓水資料，斷層上盤灰?guī)r呈中等透水及強(qiáng)透水為主，局部巖體完整部位為弱透水；斷層帶及斷層影響帶頁巖、斷層泥呈微至弱透水為主，地表淺部頁巖、灰?guī)r與頁巖交界部位或受淘刷部位頁巖及斷層泥呈中等透水。由此可見，灰?guī)r內(nèi)巖溶較發(fā)育，透水性普遍較強(qiáng)，頁巖及頁巖形成的斷層泥總體透水性較弱，且下部頁巖較為深厚，是本工程區(qū)可靠的防滲依托。

5.2 物探成果分析

本次勘察布置了4 條EH-4 測(cè)線及一條瞬變電磁法測(cè)線。綜合EH-4 及瞬變電磁勘探成果分析，初步得出如下結(jié)論：

測(cè)線 WT01-WTO1'、WT02-WTO2'、WT03-WTO3'、WT04-WTO4'各發(fā)現(xiàn)1 處異常，WT05-WTO5'發(fā)現(xiàn)6 處異常，基本查明了斷層帶延伸及展布狀態(tài)。

根據(jù)右岸公路內(nèi)側(cè)瞬變電磁物探成果（圖2），右岸巖溶并非單個(gè)集中發(fā)育的巖溶，而是呈串珠狀形成一個(gè)巖溶帶，發(fā)育高程在1315 m～1345 m 之間。結(jié)合鉆孔資料分析，右岸巖溶主要為裂隙型空洞，直徑0.2 m～2.5 m，洞內(nèi)基本無充填。各鉆孔孔口出冷風(fēng)，則說明上述串珠狀巖溶在深部最終連通成為了統(tǒng)一的巖溶系統(tǒng)。

圖2 WT05-WT05’（公路內(nèi)側(cè)）瞬變電磁物探反演剖面圖

5.3 滲漏分析

通過本階段勘察，基本查明在水庫右岸樁號(hào)0+010～0+280 段，斷層出露高程低于正常蓄水位，致使斷層上盤的強(qiáng)溶蝕灰?guī)r通過覆蓋層與庫水發(fā)生水力聯(lián)系，從而引發(fā)水庫滲漏。

根據(jù)灰?guī)r出露的最低高程分析，水庫滲漏的最低高程為1339.0 m，灰?guī)r中鉆孔水位均遠(yuǎn)低于庫水位，說明庫周土層有一定的隔水作用，使庫水不致直接向巖溶管道大量排泄，滲漏方式為沿庫周土層中軟弱部位的帶狀巖溶滲漏。如圖3 所示，當(dāng)庫水位高于斷層出露點(diǎn)時(shí)，庫水就通過土體中的軟弱部位向右岸的巖溶發(fā)育區(qū)滲漏。

圖3 右岸巖溶滲漏示意圖

5.4 防滲處理方案比選

鑒于水庫的滲漏量較大，嚴(yán)重影響水庫的正常運(yùn)行，必須采取工程措施進(jìn)行防滲處理。根據(jù)右岸地形地質(zhì)條件，可以選擇的防滲方案主要有帷幕灌漿防滲和鋪蓋防滲。

帷幕灌漿可以斷層下盤的相對(duì)不透水頁巖層為底部依托，帷幕底界進(jìn)入相對(duì)不透水層，上下游接入庫水位以上的穩(wěn)定頁巖，理論上可行，施工流程單一，操作簡(jiǎn)單；但需在上盤巖溶較發(fā)育的灰?guī)r內(nèi)進(jìn)行灌漿，巖溶層內(nèi)灌漿量往往超出預(yù)估，工程量不可控，且帷幕能否緊密形成存在一定的不確定性。

鋪蓋防滲通過設(shè)置混凝土面板或柔性面板，隔斷庫水與右岸巖溶系統(tǒng)的水力聯(lián)系，方案技術(shù)上可靠、工程量可控，不確定因素較少；但開挖、澆筑、排水等施工流程復(fù)雜，尚應(yīng)避免施工開挖對(duì)上部公路邊坡的影響。若采用混凝土面板防滲，建議趾板基礎(chǔ)置于高程1340 m 附近，對(duì)趾板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)兼帷幕灌漿處理，上下游接入庫水位以上的穩(wěn)定頁巖；該方案需重點(diǎn)考慮面板的不均一變形問題，并避免大量開挖危及上部公路邊坡的穩(wěn)定。

經(jīng)比較，地質(zhì)專業(yè)認(rèn)為鋪蓋防滲方案更為可靠，推薦選擇鋪蓋防滲方案。

6 結(jié)論及建議

（1）通過本階段勘察，查明庫區(qū)右岸斷層帶上盤灰?guī)r內(nèi)巖溶呈網(wǎng)狀發(fā)育，連通性較好；斷層泥及斷層下盤的頁巖屬弱～微透水為主，具有較好的隔水性能。

（2）在水庫右岸樁號(hào)0+010～0+280 段，斷層上盤灰?guī)r出露高程低于正常蓄水位，致使斷層上盤的強(qiáng)溶蝕灰?guī)r與庫水發(fā)生水力聯(lián)系，從而引發(fā)水庫滲漏。

通過對(duì)水庫滲漏情況的分析，本工程滲漏方式為通過庫周土層中的軟弱部位向右岸的巖溶發(fā)育區(qū)滲漏。

（3）根據(jù)右岸地形地質(zhì)條件，提出了帷幕灌漿防滲和鋪蓋防滲兩種。經(jīng)比較，地質(zhì)專業(yè)認(rèn)為鋪蓋防滲方案更為可靠，推薦采用鋪蓋防滲方案。