廣西巖溶水庫滲漏分析及防滲技術

杜 念，陳 春，陳建國，2

（1.廣西壯族自治區(qū)水利科學研究院 廣西水工程材料與結構重點實驗室，南寧 530023；2.鄭州大學，鄭州 450001）

0 引言

廣西蘊藏著豐富的水資源，同時也是構造、巖溶發(fā)育的區(qū)域，面積約為9.87萬km2。建國以來，在巖溶地區(qū)建設了大量的水利水電工程，由于巖溶發(fā)育而帶來的許多復雜工程與水文地質(zhì)問題，如水庫壩址、水庫鄰谷、水庫庫區(qū)的巖溶發(fā)育所帶來的滲漏問題等，導致一些水利水電工程在建設過程中或建成后存在問題，有的水庫無法蓄水，有的水電站因巖溶漏水嚴重至枯水期就不能發(fā)電運行。雖然經(jīng)過幾輪水庫大壩除險加固，但有些水庫年代久遠，受各種條件限制，滲漏問題并沒有很好解決。巖溶滲漏主要有裂隙分散式滲漏、管道洞穴集中式滲漏兩種，傳統(tǒng)防滲材料在可灌性、流動性、耐久性等性能方面存在不足，施工裝備對環(huán)境條件要求較高、對工程擾動破壞較大，導致防滲效果不理想。

1 巖溶區(qū)特點[1]

廣西巖溶地貌主要表現(xiàn)為成因不同的三大地貌系列：一是有純碳酸鹽巖發(fā)育形成的全巖溶地貌，約占巖溶面積的63.61%；二是有不純的或間互夾層型碳酸鹽巖發(fā)育形成的半巖溶地貌，約占巖溶面積的36.39%；三是由生物（珊瑚）及珊瑚礁灰?guī)r發(fā)育形成的生物礁。巖溶區(qū)主要分布在桂東北、桂中、桂西南等地區(qū)。在長期的地質(zhì)作用下，巖溶區(qū)形成大量的裂隙、溶溝、天窗、豎井和落水洞等。巖溶區(qū)的主要特點如下：

（1）碳酸鹽巖石一種特殊巖類，其主要成分是碳酸鈣鎂，溶蝕是其主要的侵蝕方式，成土過程十分緩慢。在濕熱氣候條件下，所形成的地表地形破碎，崎嶇不平，山多地少。

（2）特殊的巖溶水文環(huán)境，形成特有的水土分離格局。巖溶區(qū)內(nèi)不完善的地表水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)同時存在，地表巖層滲漏強，蓄水能力差，構成“地表干旱一片，地下水流滾滾”嚴重的水土分離格局。不僅極大影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且人畜用水也受到威脅。由于水文動態(tài)變化大，使得巖溶區(qū)易旱易澇。

（3）造壤力差，土層瘠薄。巖溶區(qū)的土壤主要是石灰土，由于巖溶洞、隙的大量存在，漏水、漏肥現(xiàn)象嚴重。

（4）生態(tài)系統(tǒng)脆弱，一旦遭到破壞，很難得到恢復。

（5）復雜的巖溶地質(zhì)條件，構成了分布普遍的地質(zhì)災害，如：巖溶塌陷；巖溶滲漏，是巖溶環(huán)境表現(xiàn)在水利工程上最主要的地質(zhì)問題，巖溶區(qū)渠道滲漏也十分普遍。其他的巖溶地質(zhì)災害還有崩塌、礦坑突水、地裂等。

在巖溶地區(qū)，石灰?guī)r地區(qū)溶洞、溶孔、溶隙極為發(fā)育，且土壤覆蓋層薄，土質(zhì)多為砂壤土，保水性能很差，一般降雨，地表水幾乎全部漏失，旱象嚴重，暴雨期間，洪水量大，巖溶管道或地下河排泄不暢，又使巖溶洼地、谷地滯洪成澇。因此，巖溶區(qū)夏秋季節(jié)，經(jīng)常是旱澇交替發(fā)生，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定，對廣西的社會經(jīng)濟發(fā)展造成危害。

2 巖溶水庫滲漏分析

2.1 巖溶滲漏形式

按滲漏通道分類：裂隙分散式滲漏、管道（洞穴）集中式滲漏；按庫水漏失的特點分類：暫時性滲漏、永久性滲漏；按滲漏途徑分類：壩區(qū)滲漏（壩基滲漏、繞壩滲漏）、庫區(qū)滲漏（向鄰谷或向遠排泄區(qū)的滲漏、或通過河灣或支谷向下游滲漏）。

對廣西有明顯巖溶滲漏問題的水庫進行滲漏類型、滲漏原因進行調(diào)查分析，結果表明：巖溶水庫滲漏不是單一部位的滲漏，大多數(shù)同時存在兩種以上滲漏形式，其中庫區(qū)（庫底、庫岸）滲漏的水庫24座，壩基滲漏87座，接觸滲漏57座，壩體滲漏67座。

2.2 滲漏地質(zhì)條件

影響巖溶水庫滲漏的因素有很多，如巖溶發(fā)育程度、隔水巖層的發(fā)育及分布情況、巖體的滲透性或單薄山脊是否存在地下分水嶺及分水嶺與水庫蓄水位的高低情況、水庫蓄水的水動力特征等因素。其中巖溶發(fā)育程度、隔水巖層的發(fā)育及分布情況、巖體的滲透性等因素是制約巖溶滲漏的通道條件；單薄山脊是否存在地下分水嶺及分水嶺與水庫蓄水位的高低情況、水庫蓄水的水動力特征等決定了滲漏產(chǎn)生的水動力條件。

（1）水動力條件。水動力條件主要是水庫蓄水狀態(tài)下與庫區(qū)周圍的鄰谷是否存在直接的水力聯(lián)系，主要考慮庫區(qū)與鄰谷之間的山脊中地下水位的情況，如果山脊中存在地下水分水嶺且高于水庫蓄水位高程，一般認為不會發(fā)生滲漏；如果山脊中不存在地下水分水嶺或地下水分水嶺低于庫水位高程，則會發(fā)生向鄰谷的滲漏。

（2）通道條件。在可溶巖地層中水庫滲漏的通道條件一般為有貫通性的溶蝕裂隙、孔隙溶洞暗河等或在構造作用下產(chǎn)生的節(jié)理裂隙等，此類通道在水庫蓄水后將成為滲漏的通道。

2.3 滲漏分析[2]

在巖溶區(qū)修建水庫，庫水常沿溶蝕裂隙、巖溶管道、溶洞、地下暗河等滲漏。巖溶發(fā)育程度決定滲漏通道大小，也是影響滲漏連通性的重要因素。當巖溶發(fā)育較差時，以溶隙、溶孔為主時，對水庫滲漏影響較小；當巖溶發(fā)育強烈，分布廣泛，深度較大，又有大型溶洞及地下水暗河存在時，一旦發(fā)生滲漏，其滲漏量很大，影響工程的正常使用。滲漏的主要原因如下：

（1）工程設計不當或工程未經(jīng)設計，盲目施工。尤其是小型水庫，一般屬于社隊自建，缺乏必要的勘測設計，盲目施工，未采取防滲措施或防滲措施不完善。

（2）施工質(zhì)量差。壩基清理不徹底，大壩填土與岸坡、壩體與涵洞結合不好、新老土結合差，土料含水量過大，填土層過厚，碾壓不實或漏壓，有松土層等。

（3）工程管理不善，搶險不及時。工程建后，工程管理不夠重視，出現(xiàn)險情時不能及時發(fā)現(xiàn)、及時組織搶險，造成嚴重后果。

3 防滲技術

3.1 傳統(tǒng)防滲技術

巖溶水庫防滲處理應根據(jù)不同滲漏形式和特點選擇相應的處理方法。對集中型滲漏應以“堵”“截”為主；對分散型滲漏應以“鋪”“灌”為主。多數(shù)情況下，由于滲漏形式和通道較復雜，需要采取綜合處理。常用防滲措施有灌漿、鋪蓋、堵洞、截滲、圍隔、疏導等。

現(xiàn)有防滲技術有土壩充填灌漿技術、水泥帷幕灌漿技術、高壓噴射水泥灌漿技術、混凝土防滲墻技術、化學灌漿技術、水泥土攪拌樁技術、巖溶地區(qū)建筑物地基基礎技術等[3]。這些傳統(tǒng)技術或多或少存在對大壩擾動破壞，工期較長、造價較高，施工不便（設備體積龐大，小型水庫進場困難）等不足。常用的防滲材料有水泥基材料和水反應類高聚物材料，搶險搶修時效性較差，難以封堵涌水或射流，耐久性不高。

根據(jù)巖溶滲漏特點和工程對象來選擇處理措施，滲漏問題處理已取得豐富的經(jīng)驗，但是由于傳統(tǒng)防滲技術存在局限性，有的工程滲漏問題未能徹底根治，亟待防滲新技術。

3.2 防滲新技術

（1）高聚物注漿防滲技術，該技術是以非水反應類聚氨酷為基礎開發(fā)的高聚物注漿技術，既適用于有水條件下的防滲堵漏，也適用于無水狀態(tài)下構建堤壩防滲體，施工快捷，大幅度節(jié)省工期，采用靜壓成孔方式，極大地減少了對原有壩體的擾動和損傷，具有對工程擾動較小、經(jīng)濟實用、耐久性好等優(yōu)點，是一種“微創(chuàng)”修復技術。該技術施工設備輕便靈活，適用于大、中、小型堤壩防滲加固，已在國內(nèi)數(shù)百項除險加固、防滲堵漏工程中取得顯著效益。

（2）采用“反堵減壓、摻料沖填、濃漿成幕、高壓補強”灌漿工藝流程，根據(jù)不同的巖溶發(fā)育、漏水以及所處的地理位置條件等情況創(chuàng)造了先堵洞后周邊固結灌漿法（俗稱反捕捉洞穴海黃鱔魚灌漿法）、堵頭加強通道追源灌漿法、喇叭形導流平壓過濾反堵灌漿法，引濾反堵灌漿法、濃漿粗料低壓限流灌注高壓復灌法等新工藝、新技術，成功地使巖溶滲漏嚴重的水庫得以修復。反捕捉洞穴海黃鱔魚灌漿法和堵頭加強通道追源灌漿法適用于大型的落水洞，通過灌入大量的砂、石粉，節(jié)省水泥用量及減少水玻璃的摻入量，提高帷幕灌漿的灌漿壓力，對確保灌漿質(zhì)量、減少帷幕排數(shù)、節(jié)省投資以及提高帷幕體的耐久性，確保落水洞周邊數(shù)百平方米范圍內(nèi)不會再出現(xiàn)新的漏水通道，防滲徹底。喇叭形導流平壓過濾反堵灌漿法適用于大深潭漏水點，水泥砂漿從出水口向上游的漏水通道逐漸沉積、析水結石堵住滲漏通道，減少水玻璃摻入，提高帷幕體的耐久性，具有廣泛的應用前景。

4 結語

對于存在滲漏問題還未進行防滲處理的巖溶水庫，應及早進行除險加固。根據(jù)每座巖溶水庫的具體滲漏情況，采取針對性的防滲措施和施工工藝，按照“上堵下排”的原則，特別是做好原壩內(nèi)涵管封堵、原壩內(nèi)涵管結構及與其周邊壩體接觸帶的防滲截滲處理，通過除險加固，使得水庫效益得以發(fā)揮，保證水庫安全。