小排吾水库岩溶渗漏问题研究

2016-11-14彭鹏程李择卫

湖南水利水电 2016年5期

关键词：垭口坝址坝基

彭鹏程　李择卫

（湖南省水利水电勘测设计研究总院　　长沙市　410007）

小排吾水库岩溶渗漏问题研究

彭鹏程李择卫

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

小排吾水库岩溶渗漏问题严重［1］，但岩溶渗漏通道一直未查明。根据小排吾水库坝址区的基本地质条件，结合平面岩溶形态调查、水文地质调查、剖面岩溶形态分布等资料综合分析，逐渐剖析出小排吾水库坝址区的岩溶发育特征及基本规律，成功查明了水库坝址区的主要岩溶渗漏通道，提供了相应的处理思路，为研究水库类似岩溶渗漏问题提供了工作思路与方向。

岩溶渗漏示踪试验

1 工程概况

小排吾水库位于花垣县小排吾乡境内，为沅水三级支流的兄弟河上游，总库容1175万m3，正常蓄水位581.0m，正常库容1020万m3。是一座以灌溉为主，兼顾防洪、供水、发电、养殖等综合效益的重点中型水利工程。

枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水设施等建筑物组成，主、副坝均为粘土均质坝，其中主坝最大坝高38.00m，坝顶高程585.5m，坝顶宽4.5m，坝顶轴线长125 m；副坝最大坝高8.4m，坝顶高程585.50m，坝顶宽5.3m，坝顶轴线长130m。

小排吾水库于1966年开工兴建，至1981年建成。因水库处于强岩溶区，在水库建设期及运行期间，水库建设方及管理方对小排吾水库进行了多次防渗处理，但因缺乏系统勘察，防渗处理措施没有针对性、没有重点，虽然投入较大，但并未达到预期的处理效果，岩溶渗漏问题仍然严重，导致水库至今仍不能正常蓄水，成为湖南省知名的病险水库。

2 坝址工程地质条件简介

通过对小排吾水库库盆地形、岩性、构造及岩溶水文地质条件的的深入调查、观测，证实水库向左岸两岸均不会产生渗漏，只在坝址区存在向下游方向的严重渗漏问题，因此，研究水库的岩溶渗漏问题，实际上就是研究水库坝址区的岩溶渗漏问题。

坝址区工程地质示意图见图1。

图1　坝址区工程地质示意图

2.1地形地貌

坝址区河流由北东向流入坝址后折向北西。主坝区河谷呈不对称的“U”型，河谷宽（40～50）m，河床高程（548.5～549.0）m。主坝左坝肩接小山体，小山体左侧北西方向分布一垭口——夯彩垭口，垭口高程（583～586）m，垭口左侧山脊走向呈北西向。主坝右坝肩与一孤立的溶蚀残丘相接，残丘高程略高于坝顶，残丘右侧为一平缓开阔的低矮垭口，最低高程577m，为副坝所在地，副坝右侧与溶蚀台地相接。

2.2地层岩性

坝基地层主要有［2］：

（1）寒武系下统清虚洞组（∈1q），可细分为两个岩组：

第一岩组（∈1q1）：为灰、深灰色薄～中厚层状泥质条带灰岩。

第二岩组（∈1q2）：为浅灰、深灰色中厚～巨厚层状泥质条带灰岩、灰岩、灰质白云岩夹粉砂质灰岩、泥质灰岩、泥灰岩等，部分受构造影响，相变为白云岩。

（2）寒武系中上统娄山关群（∈2+3）

为灰白、浅肉红色厚～巨厚层细～粗粒结晶白云岩，下部夹少量灰白色灰质白云岩。

2.3地质构造

坝址区河流为纵向谷，岩层呈单斜构造。岩层产状主要为：N10～40°E·SE∠10～30°，倾向右岸。左岸夯彩垭口附近岩层受F2断层影响，岩层呈波状起伏，倾角5～12°。

坝址区共查明10条规模大小不一的断层，断层构造以NNE向为主，其次为NE向，倾角多陡立。较大的断裂构造为区域性小排吾断层（F2），自左坝肩至下游W3岩溶泉连线方向通过，产状：N20～30°E· SE∠60～70°，破碎带宽（7～10）m，由断层角砾岩、断层泥组成，钙质或钙泥质胶结，其余断层规模相对较小。坝址区横河向及斜向向的节理面均较发育。

3 坝址区岩溶水文地质条件

为查明坝址区岩溶水文地质条件，在坝址区进行了平面岩溶水文地质调查，沿坝轴线进行了工程地质钻孔勘探及物探，并进行了流量观测及地下水示踪试验。

3.1平面岩溶及泉井调查

（1）岩溶调查。

坝址区地面岩溶形态主要有溶洞、落水洞、漏斗、溶槽等。

在坝址区共调查到1处溶洞RD1，位于左岸山坡库内，溶洞进口底板高程562.1m，发育于∈1q薄层泥质条带灰岩中，顺层面发育，洞口高6m，往洞内高程逐渐降低，施工期曾将此洞作为导流洞，为库水主要渗漏入口之一，人可进入深度超过20m。

调查到26处漏斗，其特征见表1。

表1　坝址区主要岩溶漏斗特征

（2）泉井调查。

坝址左岸发育一条冲沟小排吾溪，溪沟中长年水流不断。

坝址区共调查到岩溶泉3处，其特征见表2。

表2　小排吾水库坝址区岩溶泉调查表

3.2坝轴线剖面岩溶形态分布

采取钻探揭露，并配合物探（电法及钻孔电磁波透视法）勘察，将主、副坝坝轴线剖面下部查到的溶洞及强溶蚀区示意如图2。

3.3地下水示踪试验分析

为查明坝址区地下岩溶水的流向、库水与下游W2、W3岩溶泉的补排关系，分析坝址区主要岩溶渗漏道在坝基、坝肩的具位位置及大致深度，在地质勘察过程中，共进行了10多次地下水示踪试验，试验结果如下：

（1）自RD1溶洞流入的水流，自夯彩垭口下游的W3岩溶泉流出。

图2　钻孔及物探揭露的溶洞及强溶蚀区示意图

（2）夯彩垭口中部与W3岩溶泉连通性极好，垭口左侧与W3岩溶泉的连通性次之，垭口右侧与W3岩溶泉的连通性较差。

（3）主、副坝交界处、副坝坝基部位分布多条与W2岩溶泉连通性极好的岩溶渗漏通道，各岩溶通道以沿断层方向发育为主。

（4）在同一地段，不同钻孔中所作的地下水示踪试验结果往往相差迥异，表明坝基部位岩溶发育具有明显的不均一性。

3.4岩溶水文地质特征

（1）岩溶与岩性的关系。

坝址区∈1q地层以灰岩、泥质条带灰岩、灰质白云岩为主，坝址区平、剖面溶洞均发育于该地层中，岩溶漏斗亦绝大部分位于该地层中，说明该层岩溶极发育，而∈2+3地层以白云岩为主，岩溶弱发育，未发现溶洞，仅发现3处岩溶漏斗，且其中两处位于F8断层附近，1处位于∈1q与∈2+3交界部位偏∈2+3一侧。

（2）岩溶发育与构造的关系。

构造对坝址区的岩溶发育方向、规模等起着控制性的作用。在断层破碎带及影响带，由于地下水的活动强烈，岩溶发育程度相对强烈，因此，断层及节理裂隙发育部位一般也是岩溶强发育带。坝址区处于区域性断裂小排吾断层附近，一组与其大致平行的NNE向断层极发育，指示了坝址区NNE向的岩溶通道极发育。沿F5、F7断层在坝基深部（60～115）m段均揭露到高度大于10m的溶洞。以上充分说明了断层构造对岩溶方向、岩溶深度及岩溶规模的影响。

（3）岩溶形态在平面上有明显的带状特征。左岸的RD1、W3岩溶泉及库内一系列的岩溶漏斗大致沿NNE向呈串珠状排列，揭示其大致处于同一岩溶渗漏通道附近。右岸的漏斗LD6～LD10、ZKq14、W2岩溶泉亦大致呈条带分布，亦表明其大致位于同一岩溶渗漏通道附近。

（4）岩溶发育在剖面上有较强的分层性。结合钻孔揭露溶洞、压水试验、物探电法及电磁波透视资料、构造发育情况等综合分析，按岩溶由强～弱的顺序，自上至下可将坝基岩溶分成强岩溶发育带、中等岩溶发育带及弱岩溶发育带。3个岩溶发育带大致与坝基部位的中等透水带、弱透水上带及弱透水下带相对应。

4 坝址主要岩溶渗漏通道分析

根据以上水文地质资料等综合分析，坝址区岩溶渗漏通道主要有以下几条：

（1）坝址左岸RD1～夯彩垭口～W3方向的岩溶渗漏通道。

叫化子洞～夯彩垭口～W3岩溶泉方向的漏水通道是坝址左侧一条较为集中的管道式漏水通道，库内左岸RD1溶洞及一系列呈串珠状分布的LD12～LD17等漏斗均为该岩溶漏水通道的补给点，大致指示了该漏水通道的发育方向，岩溶渗漏通道穿过夯彩垭口中部，高程为（528～564）m，自坝下游左岸W3岩溶泉流出。

（2）副坝～W2岩溶泉方向的岩溶渗漏通道。

因副坝部位NNE～NE向的F5、F6、F7、F8断层构造发育，坝基部位大致有4条沿断层方向、向下游延伸的的管道式岩溶渗漏通道发育，库水自上游各岩溶漏斗消落后，沿多个不同的岩溶渗漏通道穿过副坝坝基。根据坝址区断层、漏斗的分布位置、坝址区岩溶发育特征等推测，副坝区上游库内岩溶漏斗与各岩溶通道的关系如下：漏斗LD6～LD10处于沿F5断层方向的岩溶渗漏通道上，LD4、LD5位于沿F6断层方向的岩溶渗漏通道上，LD3、W1位于沿F7断层方向的岩溶渗漏通道上，LD1、LD2位于沿F8断层方向的岩溶渗漏通道上。因坝址区一组大致横河向、产状N75～85°W·NE∠61～80°的节理面较发育，导致横河向岩溶通道亦较发育。沿岩溶渗漏通道穿过副坝坝基的岩溶水在坝线下游被横河向的岩溶通道沟通后，均集中自W2岩溶泉流出。