灿柯水库岩溶区渗漏分析与治理措施

2012-07-11卢晓鹏谭光明

水利技术监督 2012年5期

卢晓鹏谭光明

(1.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228；2.文山州水利电力勘测设计院，云南文山 663000)

在岩溶地区兴建水库工程，水库渗漏常常是其主要工程地质问题，因此应加强对前期地质勘探的投入和对库坝区水库渗漏问题进行专门的地质勘察，重点是查明岩溶发育规律和渗漏方式以及渗漏边界等工程地质条件，做好防渗处理方案，灿柯水库渗漏处理是其中典型一例。

灿柯水库位于云南省马关县北面坡脚镇灿柯村，距马关县城直线距离 50km。水库原设计坝高27.8m，库容273万m3。1980年当坝体填筑到坝高26.05m，试蓄水至高程 1297.9m时，水库输水涵洞东侧取土区一带发生地表塌陷(1#落水洞)，并伴随着严重的渗漏问题以及库首东岸的山体滑坡，对1#落水洞进行处理后，1981年再次试蓄水，当水位上升至1299.7m时，1#落水洞再次发生塌陷，水库渗漏极为严重，不能正常蓄水。现水库坝高26.05m，总库容178万m3，但实际蓄水仅48万m3，且库水仍在不断发生渗漏现象，急需进行水库防渗处理。

1 水库工程地质条件

灿柯水库库区位于盘龙江河谷斜面上，峰丛洼地、溶蚀谷地发育，相对高差一般约250余米，库东岸为垄岗状低山，坝址区溪沟较为顺直，河床底宽约10～15m ，坝址河段呈不对称的“V”型谷，地表冲沟不发育，切割轻微。

水库区出露地层主要为泥盆系中统东岗领组(D2d)，中统古木组(D2g) ，下统芭蕉箐组(D1b)，下统坡脚组(D1p)，岩性主要为深灰色中厚层灰岩和白云质灰岩，局部夹粉砂岩、泥质灰岩；第四系岩性主要为粉质粘土含碎石。库区构造较为复杂，节理裂隙发育，岩石较为破碎。库区主要由碳酸盐岩组成，其次为碎屑岩，水文地质条件较为复杂。地下水主要以岩溶水为主，其次为基岩裂隙水和孔隙潜水。由于库区地处盘龙河右岸河谷陡倾斜地形斜面上的面积稍稍偏小的径流区内，并构成完整的水文地质单元，而斜面上地形高差较大，岩溶发育深度较深，库区地下水深埋，地下水径流带深度大。库区地质情况见图1。

图1 库区综合地质图

2 水库渗漏分析

灿柯水库库区东、西北两侧相对隔水层封闭较好，断层没有破坏东库岸地表、地下分水岭。库尾以南碳酸盐岩汇水区，地下分水岭远离库区，地势逐渐向南增高，地下水力坡度大，由于东库岸F1阻水断层及泥质岩隔水层的存在，库区不存在向东、南、西北渗漏的可能。库西岸出露有D1b碳酸盐岩含水层，西北山沟碳酸盐岩出露面积低于库水位高程的约为2500m2，在历次试蓄水中，均未发现库水外渗现象。

灿柯水库库首右岸渗漏部位主要反映在启闭塔以东～F5逆冲断层附近，地表共见十余处地表塌陷或落水洞。地表塌陷或落水洞分布面积约5000m2，其分布规律主要呈N10～30°E串珠状展布，基本上反映了坝址右岸地下深部漏水通道的分布与走向，地表塌陷呈串珠状的展布规律与F5逆冲断层的走向是基本一致，且近于平行，这充分说明F5逆冲断层和与其同期形成的隐伏断层或破碎岩体是造成坝址右岸渗漏的主要因素。据钻孔资料，坝址右岸渗漏断面总宽约150m，存在三个较为明显的渗漏带，即ZK6钻孔以东渗漏带、ZK7钻孔渗漏带和F5断层破碎带渗漏带，主要渗漏方向为N30°E，渗漏主要表现为管道渗漏和脉状网络渗漏，大坝右岸工程地质情况及钻孔资料见图2。

综上，库区渗漏主要表现为管道渗漏和脉状网络渗漏，渗漏断面宽约150m，最大埋深约130m，ZK03以东和ZK04附近以及F5断层破碎带是渗漏断面上的三个最主要渗漏带，因此，对灿柯水库渗漏治理成功以否关键在于对三个主要渗漏带的治理。

图2 灿柯水库大坝右岸地质剖面图

3 水库防渗方案及设计

近 20年来，曾多次对灿柯水库渗漏地段和地表塌陷进行了浆砌块石、粘土铺盖等防渗治理，但由于漏水区工程地质条件较为复杂，岩体破碎，断层发育，库水渗漏及塌陷一直未能治理好。通过勘测设计，查清了水库渗漏的原因，选定了治理方案。

3.1 防渗方案选择

3.1.1 库内筑坝方案

工程措施：在库内重新修筑土坝一座，新坝距老坝约 450m，新坝址工程地质条件稍好，谷底宽15m，坝顶长 120m，坝高 30m，坝基基岩主要为粉砂质泥岩，两坝肩主要为灰岩。

方案优点：避开了老库区的主要渗漏区和F5断层破碎带，新坝下游老库区仍可加以利用。方案缺点：减少库容100多万m3。新坝区仍受F1平推断层影响，坝肩灰岩裸露，裂隙发育，仍可能存在浇坝渗漏问题，且新建一座水库枢纽投资较大。

3.1.2 铺筑复合膜、土工织物方案

工程措施：首先对地表塌陷清基回填浆砌块石封堵漏水通道，其次是平整铺筑一层土工织物，在土工织物上回填 0.5～1.5m厚的粘土层，最后再铺设一层复合膜防渗层，风化料复合土工膜保护层或干砌防渗层。

方案优点：对主要漏水区防渗效果较好，施工设备简单，施工进度快，可减少落洞的产生。方案缺点：地形坡度较陡，坡度角大于 45°，铺设难度较大。且由于第四系厚度较大，难于清基，同时，由于铺设边界难于查清以及断层向库内的延伸长度及规模。故水库蓄水后，仍存在绕铺筑层及沿破碎带渗漏。

3.1.3 帷幕灌浆方案

工程措施：在启闭塔以东－F5断层上盘附近对主要渗漏断面和漏水通道及其周边破碎岩体进行水泥帷幕灌浆，而对较大岩溶通道和难干灌注的渗漏通道辅以混凝土、水泥砂浆或化学浆液等大口径钻孔的堵、截。

从目前国内及省内一些工程实例可以看出，对于深孔及大流速帷幕灌浆工艺、技术取得了很大的发展。而灿柯水库坝址区渗漏断面，漏水通道及防渗边界已基本查明，因此只要作好帷幕灌浆勘察设计工作和充分利用已知边界条件以及相对隔水层，就能大大降低帷幕灌浆工程量及造价，并达到帷幕灌浆防渗堵漏的目的。

优点：为根治库水渗漏最有效措施，施工条件较好，不减少库容。

缺点：需准确查明渗漏断面及漏水通道的边界条件，帷幕灌浆孔较深。

经方案比较，选定帷幕灌浆方案，在输水隧洞以东－F5断层上盘附近采用帷幕灌浆防渗治理，彻底解决灿柯水库渗漏。

3.2 防渗方案

输水隧洞以东～ZK8钻孔附近，防渗帷幕灌浆线总长 108m，帷幕底界一般为 1252～1260 m，库区水库大坝右岸主要采用单排孔与双排孔相结合的布置形式，单排孔孔距2.5m，双排孔孔距3.0m，排距1.5m，管理所渗漏带及主渗带周边西伏渗漏面状岩体采用单排孔，而 ZK5、F5断层的主渗漏带则采用双排孔或局部加密。孔深一般80～100m，最大孔深约129m。灿柯水库大坝右岸防渗帷幕布置如图3。

灌浆压力和灌浆材料：灌浆压力拟定为 1～3MPa，1312～1209m高程灌浆压力为1MPa，1290～1190m高程灌浆压力为 2～3MPa；灌浆材料主要以水泥为主，耗量大段及岩溶管道要辅以水泥砂浆、化学浆液和粉煤灰水泥混合浆液等以及大口径钻孔混凝土封堵。

图3 大坝右岸防渗帷幕布置图

4 工程完成情况和实施效果

灿柯水库大坝防渗处理前，水库右岸渗漏极为严重，当库水位高于 1＃落水洞时，明显可见库水直接涌入1＃落水洞向库外渗漏，1＃落水洞渗漏量最大于 1.0m3/s，水库不能正常蓄水。对水库库首右岸主要渗漏部位采取帷幕灌浆防渗处理后，水库库首右岸的渗漏量已大幅度降低，经过近一年的水库试蓄水检查，水库已蓄水至设计正常蓄水位1312.0m高程，1＃落水洞也未见明显的渗漏迹象，现水库东库岸渗漏量小于0.01m3/s，这充分说明库首右岸帷幕灌浆防渗取得了明显的防渗效果。