水庫滲漏勘察和治理方法的選用分析

黃建成

（廣西天力建設工程有限公司，廣西 桂林 541001）

0 引言

水庫是水利水電建設工程中的一項重要內(nèi)容，其安全與否直接影響著我國的能源供給和國民經(jīng)濟的發(fā)展，水庫工程多位于山區(qū)、峽谷，前期施工條件困難。西南地區(qū)由于受地質情況的影響，水庫運行后容易發(fā)生滲漏，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，將會對水庫和下游的安全造成很大的影響。特別是巖溶區(qū)的水庫，漏水的可能性更大，滲漏量也會更大，造成的直接和間接的損失也會更大，因此，要保證水庫的安全使用，必須加強對水庫建設后的運行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)病險水庫。通過對病險水庫進行勘察，可以找出水庫滲漏的成因，對其危害程度進行分析，提出有針對性的治理措施建議并進行維護和治理，通過對水庫滲漏地質勘察和分析，可以為喀斯特地區(qū)的水庫滲漏治理提供地質依據(jù)，為新建工程前期的勘察和設計提供有益的參考。

1 水庫滲漏地質勘察內(nèi)容

在喀斯特地區(qū)修建的水庫，因其特殊的地質環(huán)境，往往會造成水庫的滲漏，通過對水庫滲漏的勘察，可以對巖溶地質情況、發(fā)育規(guī)律、發(fā)育程度等進行全面的分析，從而確定水庫滲漏通道或途徑。若發(fā)現(xiàn)滲漏，應對滲漏的方式、范圍、影響程度進行分析，并提出相應的治理維護建議與措施，防止?jié)B漏問題的發(fā)展。對于尚未滲漏，卻有可能出現(xiàn)漏水的情況，需要進行相應的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，就立即進行處理，防止?jié)B漏問題的嚴重化。在進行水庫滲漏勘察前，必須先搞清楚勘察的目的與任務，查明水庫是否存在滲漏問題及其危害程度。勘察的主要內(nèi)容如下。

1.1 地形地貌

地形地貌是水庫地質調(diào)查測繪的基本內(nèi)容，對其進行測繪調(diào)查，可以了解地質發(fā)展歷程，并分析其對水庫蓄水活動的影響，進而可初步確定其是否存在巖溶發(fā)育或滲漏的地質條件。在水庫地質調(diào)查測繪中，地形地貌是一項較簡單的工作，通過查閱相關的資料，可以大致了解地形，再利用航拍影像等技術手段來確定構造發(fā)育情況。調(diào)查測繪時，應掌握水庫附近有無低矮鄰谷、低洼埡口、古河道等地形；對河谷階地的發(fā)育狀況進行調(diào)查，對其發(fā)展演變歷史進行分析。根據(jù)上述內(nèi)容，可以判定水庫與相鄰溝谷之間是否有滲漏條件。當水庫正常蓄水位在鄰谷地下水位以下時，臨谷滲漏是不存在的。當水庫的正常蓄水位比鄰谷地下水位高時，有可能發(fā)生側向滲漏，需進一步深入調(diào)查。當水庫建于喀斯特地區(qū)的，巖溶發(fā)育等地質情況是影響滲漏的關鍵因素。地形是最直接的，也是水庫是否存在滲漏的初步判別基礎，結合其他技術方法進行分析判別，才能得出更翔實的勘察成果。

1.2 地層巖性

地層巖性是決定庫區(qū)是否存在滲漏的主要原因之一，當庫區(qū)存在強滲透性巖體時，庫水的滲流將易形成一個滲漏通道，對庫盆地層的構造和巖性進行分析，為研究水庫的滲漏邊界條件提供了依據(jù)。例如河道中的松散泥沙及卵礫石滲透性較好，因此在壩基部位容易發(fā)生滲漏；若河道內(nèi)的松散堆積物為深厚卵石層，卵石層透水能力強，將嚴重影響大壩安全。大多數(shù)水庫以山體基巖為相對隔水底板，若在喀斯特地區(qū)，則應將下邊界移至喀斯特影響外的相對不透水層，巖溶發(fā)育地區(qū)存在很大的滲漏隱患。

1.3 地質構造

大部分山川河谷都是在褶皺和斷裂構造中形成的，若庫址處于構造發(fā)育的地區(qū)，則有小斷裂、次級構造、裂縫等，在長期庫水壓力作用下，往往會沿構造發(fā)生滲漏。因此，在進行水庫滲漏地質測繪時，首先要調(diào)查有無斷層，若有斷層，則要調(diào)查斷層的大小、空間形態(tài)及分布，必要時結合勘探進一步查明斷層的埋深、影響范圍，分析斷層等構造對水庫蓄水的影響程度，判斷其是否存在滲漏條件。勘探方法有物探、鉆探等多種，應針對不同地層巖性選用適宜的勘探方法。

1.4 水文地質條件

水文地質條件是影響水庫蓄水效益的重要因素，地下水分水嶺是水文地質調(diào)查中的重點，進行水庫滲漏分析時，地下水分水嶺的高程和位置是一個很好的指標。當?shù)叵滤炙畮X比正常蓄水位高時，庫水通常不會滲入相鄰的山谷，而當?shù)叵滤炙畮X低于正常蓄水位時，庫水則會向相鄰的山谷滲漏。若水庫庫盆地層的滲透性有差異，或地下水的流向有變化，則地下水分水嶺的分布會傾向于透水率低的一側，造成地下水分水嶺與地面分水嶺不一致。地下水分水嶺的位置與高程受地層巖性、含水層賦水型、地層滲透性、地下水補給、排泄條件、開發(fā)利用和工程施工等多種因素的影響。

2 水庫滲漏的地質勘察方法

2.1 地質調(diào)查測繪法

在地質調(diào)查測繪中，采用多種比例的填圖方式，其精確性與地質勘察的精度有很大的關系。地質調(diào)查測繪的精度由比例尺決定，水庫工程地質測繪一般采用（1:500）～（1:1000）的比例尺，水文地質測繪是以實測的地形圖與工程地質圖為依據(jù)的，其內(nèi)容主要包括：地下水的露頭、性質、水位埋深、水溫、分布位置與流量變化等，地下水與地質構造、地形地貌、含水層及其補給、運動與排泄的關系。這種勘察方法的成果是以圖紙為載體，多以平剖面圖方式繪制，可以從多個角度反映水庫的地質情況。運用地質調(diào)查測繪法[1]，比例尺的選取是一個重要的環(huán)節(jié)，要根據(jù)設計階段、現(xiàn)場工作條件等要求，選用合適的比例尺，保證測繪結果的精確和滿足設計要求。在喀斯特地區(qū)，應根據(jù)巖溶發(fā)育情況，適當增加水文地質測繪內(nèi)容，以更全面的分析滲漏問題。

2.2 地球化學勘探法

地球化學勘探法在水庫滲漏勘察中運用不多，常利用放射性同位素測算地下水和地層的年代，必要時作為輔助方法進行勘察。

2.3 地球物理勘探法

在水庫滲漏勘察中，常用的物探有電法、電磁法、電磁波、地震法等，實際應用要視水庫的具體地質和滲漏情況而定。任何一種地球物理勘探技術都有其適用范圍、局限性和多變性，要準確、迅速地發(fā)現(xiàn)水庫滲漏，就必須采用兩種以上的方法相互印證，并需不斷地總結、改進物探技術，建立起一套科學的地球物理勘探技術。在實際工作中，堅持先整體后局部，先粗后細，多種物探技術相互印證、相互補充，這樣才能獲得更高的勘測精度，從而提高勘探成果的真實性和科學性[2]。

2.4 鉆探法

鉆探法是地質勘察常用的方法，可以直觀揭露勘察區(qū)的地層巖性、不良地質發(fā)育情況，可以在鉆孔內(nèi)取樣進行室內(nèi)試驗、可以進行原位測試、注壓水試驗、單孔或跨孔CT 等物探測試，勘察成果直觀、真實，便于開展物理力學性質試驗，可獲得準確的地質資料。此法點狀揭露，勘探費用受地層巖性、鉆進方法、鉆孔孔徑、孔深和試驗內(nèi)容等因素影響，總體勘探費用較高。

鉆進方法有沖擊、旋轉和復合鉆進等工藝，水庫滲漏地質勘探多采用沖擊、旋轉鉆進工藝。鉆孔設計開孔孔徑多采用φ130mm～φ150mm，終孔孔徑要求不小于φ91mm。鉆進工藝如下：土層采用取土器無水沖擊鉆進，對塌孔或縮徑土層分段下套管保護后，再變徑?jīng)_擊鉆進；鉆至巖石面后，土層段全部下好套管。巖層則采用有水金剛石旋轉取芯鉆進。巖土芯按順序自上而下擺放整齊，寫好巖芯牌，地質技術員跟班編錄，整理拍照保存。鉆進中對有土工試驗要求的地層采用取土器錘擊法取樣，取好樣后，及時用樣筒裝好密封，貼好標簽，放在陰涼處保管，避免雨淋及爆曬，并按規(guī)定及時送往實驗室進行相關實驗。

根據(jù)勘察目的與任務要求，鉆進同時對地層分段進行注水、壓水試驗工作，測定各地層的滲透性指標；壓水試驗可采用栓塞等隔離試驗段，試驗壓力滿足技術要求。

3 影響滲漏的主要地質條件

3.1 滲漏通道

第四系松散地層的水庫滲漏通道主要為強透水的砂卵石層。以巖漿巖、變質巖、沉積巖作壩基或庫盆的水庫，通常不會出現(xiàn)較大滲漏。此類水庫的滲漏主要通過斷裂帶、無充填或膠結差的斷層、節(jié)理密集帶等漏水，并形成滲漏通道[3]?？λ固氐貐^(qū)或有灰?guī)r等可溶巖分布的水庫，受巖溶發(fā)育程度影響，多存在裂隙狀或管道狀的滲漏通道，因巖溶發(fā)育無明顯規(guī)律，存在隱伏性和不確定性，是目前水庫滲漏的主要因素和滲漏途徑。

3.2 漏水通道連通性

漏水通道的連通程度與地層巖性、構造特性密切有關，多采用示蹤法、充電法等測試漏水通道的連通性。示蹤法是在水位較高處投放示蹤劑，在水位較低處觀察或取樣測試判別。充電法測試原理如圖1、圖2所示。

圖1 堤壩、庫盆漏水通道連通性測試原理

圖2 裂隙密集帶、管道狀漏水通道連通性測試原理

通常第四系松散地層中垂直河谷（與水流方向平行）的強透水層具有很好的連通性，但橫向溝谷的連通性往往較差。通過斷裂帶、無充填或膠結差的斷層、節(jié)理密集帶等漏水形成滲漏通道的，連通性差異較大。巖溶發(fā)育區(qū)的裂隙狀或管道狀的滲漏通道，連通性通常較好。

4 水庫滲漏的治理方式

水庫滲漏是一種較嚴重的病害，如不能在初期進行有效的處理，任其發(fā)展將會造成嚴重的安全事故。因此，在對病險水庫滲漏進行勘察后，可針對實際情況，采取相應的防滲處理措施。

4.1 壩體的防滲加固

加強大壩的防滲是控制水庫滲漏的關鍵之一，在具體實施的時候，可以針對不同壩體類型采取不同的防滲措施，例如，土壩可采取黏土斜墻、充填注漿、旋噴注漿或在壩體中做混凝土井樁防滲墻，漿砌石重力壩可在內(nèi)壩坡加混凝防滲面板進行防滲加固，這對整體提高壩體的防滲能力起到很大的作用。

4.2 壩基漏水處理措施

壩基漏水是一種常見的現(xiàn)象，它的滲漏形式有孔隙型、裂隙型和管線型。水庫區(qū)的地質條件、地層巖性、施工技術等因素對壩基滲漏的影響是不同的。目前壩基漏水常用的治理方法有：水平鋪蓋、帷幕灌漿、堵塞溶洞、豎向混凝土防滲墻等，還可通過修建排水孔、反濾體、減壓井降低滲透壓力和水力梯度[4]。在工程實踐中，應根據(jù)工程地質、水文地質條件及滲漏狀況，有針對性地選用相應的防滲措施，或采用多種方法綜合運用，可取得良好的防滲效果。

4.3 巖溶地區(qū)水庫滲漏處理

喀斯特地區(qū)水庫滲漏往往采取如下措施進行預防和治理，在水庫選址期，應避免在巖溶發(fā)育地段筑壩；對于已建水庫，查明壩址和庫盆巖溶發(fā)育情況后，可采用鋪蓋、壓力灌漿或灌漿與樁板組合法封堵已形成的巖溶孔洞、節(jié)理密集帶等滲漏通道。在水庫日常管理中，加強對水庫大壩的巡查與維護，對可能發(fā)生滲漏水的地方重點巡查，以避免水庫發(fā)生滲漏帶來損失[5]。

5 結語

綜上所述，隨著我國水利工程的發(fā)展，其施工規(guī)模也在逐步擴大，西南地區(qū)是全國水資源最豐富的地方，在西南地區(qū)進行水利樞紐的建設，可以帶來巨大的經(jīng)濟效益，而且可以緩解國內(nèi)能源短缺。西南地區(qū)峽谷斷面較窄，巖石硬度適中，有利于水利工程的建設，同時也能降低投資。但喀斯特地區(qū)的巖溶滲漏問題比較突出，影響水庫的后期運行，因此必須對其運行進行監(jiān)測，加強病險水庫地質勘察工作，為后續(xù)安全運行創(chuàng)造良好的條件。但由于巖溶發(fā)育狀況復雜，水文地質條件也較復雜，常規(guī)的勘察技術難以取得準確的成果，必須采取先進的勘察技術，明確勘察目的、任務和內(nèi)容，切實提高勘察質量，為水庫滲漏治理提供翔實的地質依據(jù)與措施建議。