拉寨水库左坝肩溶洞分析及处理

龙云宝，赵应武，杨元红

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

1 概 述

拉寨水库坝址位于贵州省黔南布依族苗族自治州荔波县播尧乡境内，该乡地处荔波县西北部，距县城28.6 km，至麻尾火车站和贵新高等级公路30 km，距小七孔景区20 km。

拉寨水库所在的方村河属珠江流域柳江水系，为打狗河上游河段。方村河发源于贵州省三都县廷牌镇南面(海拔高程1093.4 m)，由南向北经甲高、甲站，方村、地莪、觉巩、驾欧等地，在板潭下游约400 m处入洞后形成伏流，于王蒙处接纳樟江。主河道全长116.6 km，流域集水面积1348 km2。

方村河流域属亚热带季风湿润气候，降雨是形成径流的主要因素，流域内降水的时空变化对径流形成过程有直接的影响，该流域径流主要由降水补给，径流的变化与降水存在明显的对应关系。

水库坝址以上集水面积588 km2，水库正常蓄水位780 m，相应库容9.22×106m3，死水位770 m，死库容2.24×106m3，兴利库容6.98×106m3，总库容1.32×107m3，为中型水库。工程的主要任务是工业供水和灌溉，兼有人畜饮水、生态补水的一项综合性水利工程。工程建成后，总供水量1.2494×107m3/a，其中P=95%工业毛供水量为7.67×106m3/a；人畜饮水9.28×105m3/a；可灌溉1049 hm2农田，P=80%灌溉用水量为3.53×106m3/a；生态补水量3.66×105m3/a；并下放环境水量3.441×107m3/a。

工程建设内容包括水源工程、工业供水工程和灌区工程。

水源工程由常态混凝土重力坝、副坝、坝顶溢洪道、取水系统和枢纽交通等部分组成。经坝线坝型、枢纽布置、输水工程布置及各建筑物型式比较后，本阶段推荐坝线为下坝线，推荐主坝采用混凝土重力坝、溢流坝段坝顶设闸溢洪道、溢洪道末端接消力池、左岸非溢流坝段布置取水口+右岸副坝(地表帷幕灌浆)的总布置方案。推荐枢纽布置方案为：常态混凝土重力坝(主坝)+坝顶溢洪道+坝身取水建筑物+右岸副坝(地表帷幕灌浆)。主坝最大坝高34.7 m，建基面高程749.0 m，坝顶高程783.7 m，坝轴线长90.7 m，坝顶宽度6.0 m；右岸副坝(地表帷幕灌浆)坝顶高程783.7 m，坝轴线长140.0 m，坝顶宽度6.0 m，坝顶结构为底层0.3 m厚块石垫层，中部0.2 m碎石垫层，表层0.5 m厚C20混凝土。取水口进口底板高程为767.0 m。溢洪道净宽为30.0 m，溢洪布置为3(孔)×10.0 m(宽)×10.0 m(高)；为WES实用堰，堰顶高程为770.0 m。大坝河床段布置溢流坝，为有闸控制溢流表孔溢洪道。溢流堰采用WES型实用堰，溢流前沿净宽30.0 m，设三孔10.0 m×10.0 m弧形钢闸门。溢洪道采用底流消能，消力池结合下游河道地形布置，消力池未端与河道相接。取水口设拦污栅、事故闸门各一套，拦污栅孔口尺寸2.0 m×2.0 m(宽×高)，闸门孔口尺寸1.5 m×1.5 m(宽×高)。取水管管径1.5 m，取水管主管出坝身后分岔出2根支管，管径分别为0.7 m(灌溉取水管)及1.0 m(放水管)。上坝公路位于左岸，上坝公路路面宽6 m，路面为混凝土路面。

工业园区供水工程包括泵站、供水管道、末端高位水池；从板潭水库库内一级提水泵站提水，经7.2 km输水管(直径为600 mm，单管布置)直接将水送至末端高位水池。驾播工业园区泵站设计流量0.34 m3/s，泵站装机3×450 kW。

灌区管线按主干管、左干管、右干管布置，管道总长16.122 km。其中，主干管总长1.075 km，设计流量0.345 m3/s，管径0.70 m；右干管总长9.073 km，设计流量0.256～0.039 m3/s，管径0.60～0.35 m；左干管总长5.974 km，设计流量0.089～0.039 m3/s，管径0.35～0.30 m。

2 基础处理及岸坡坝段稳定分析

2.1 基础处理

重力坝左岸岩溶极为发育，经地表调查：坝线左岸下游附近发育有RD1、RD17、RD18、RD19、RD20、RD21溶洞，溶洞以顺层发育为主兼垂直方向发育。大坝开挖时，左坝肩下游开挖时会揭露到RD1溶洞边缘，形成天窗，其余的RD17、RD18、RD19、RD20、RD21溶洞发育规模较小，大坝开挖时已清除，对坝肩开挖影响较小。对左岸非溢流坝段溶洞处理措施主要有：采取C20混凝土回填；在坝基础下游布置基础固结灌浆孔，固结灌浆孔入岩5 m，间排距3 m，以提高基础整体抗滑稳定[1]。

2.2 岸坡坝段稳定分析

左坝肩溶洞对岸坡坝段稳定影响分析及计算：对左岸非溢流坝段坝纵0+076.350溶洞段沿建基面的抗滑稳定和深层抗滑稳定进行了计算和分析[2]。

2.2.1 沿建基面的抗滑稳定分析和计算

以非溢流坝段坝纵0+076.350溶洞段作为复核抗滑稳定的单元，后缘拉断面为坝体上游铅直面，底滑面为垫层混凝土与坝基础面，坝体下游溶洞作为临空面，不考虑坝趾处溶洞回填混凝土等有利作用，进行抗滑稳定计算，沿建基面抗滑稳定计算结果见表1。

表1 非溢流坝段坝纵0+076.350沿层面抗滑稳定计算成果

由计算结果可知，非溢流坝段坝纵0+076.350溶洞段在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位工况下，抗滑稳定安全系数K′均大于规范要求。因此，沿建基面的抗滑稳定满足要求。

2.2.2 深层抗滑稳定分析和计算

以非溢流坝段坝纵0+076.350溶洞段作为复核抗滑稳定的单元，后缘拉断面为坝体上游铅直面，底滑面为坝基础岩层面，坝体下游溶洞作为临空面，下游滑出面为裂隙N30°E/SE∠85°，不考虑坝趾处溶洞回填混凝土等有利作用，进行抗滑稳定计算，计算结果见表2。

表2 非溢流坝段坝纵0+076.350深层抗滑稳定计算成果

由计算结果可知，非溢流坝段坝纵0+076.350溶洞段在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位工况下，深层抗滑稳定安全系数K均大于规范要求，因此，深层抗滑稳定满足要求。

2.3 溶洞处理

左岸坝肩溶洞群距离左坝肩较近，距离为3～12 m，溶洞最低处高程为758.0 m，总体上高于邻近坝体建基面和消力池建基面,为确保帷幕灌浆质量并有效控制工程投资，施工工序上总体为先进行洞内回填混凝土施工再进行枢纽区帷幕灌浆，主要施工工序见图1。

图1 溶洞处理主要施工工序简图

主要工序和施工方法如下：

(1)左坝肩基础及边坡开挖以揭露溶洞边界线，对揭露的溶洞进行扩挖，以形成后期排水、隧洞开挖、衬砌浇筑、溶洞回填的运输通道。

(2)溶洞基础面处理主要包括淤泥挖运至洞外、基础凿平和找平等。溶洞内采用机械开挖凿平和回填石渣、混凝土等进行找平，形成溶洞内运输通道后，采取两头掘进进行溶洞排水隧洞开挖施工；人工开挖竖井、斜井，以形成后期回填溶洞的入仓进料通道[3]。

(3)完成开挖排水隧洞和竖井、斜井后，再进行排水隧洞衬砌的浇筑，衬砌浇筑可采取两头施工的方式，以缩短施工工期。

(4)待排水隧洞衬砌强度和龄期满足规范要求后，再进行衬砌回填灌浆施工。溶洞内基础面清理主要是将排水隧洞施工期的施工垃圾清除运至洞外，并对基础面采用清水冲洗，确保回填混凝土部位的基础面无污水、沉渣等杂物。

(5)对溶洞回填混凝土部位采取人工立模，并在溶洞顶壁预埋回填灌浆管，验收合格后进行混凝土浇筑，混凝土宜分层浇筑，中下部混凝土以泵送或自卸汽车运输入仓，中上部空间较小，可考虑以竖井、斜井作为进料口。

(6)溶洞回填混凝土强度和龄期满足规范要求后，再进行回填灌浆施工。

(7)上述工序完成后，方可进行枢纽区防渗帷幕灌浆的钻孔和注浆施工，钻孔过程中针对邻近溶洞部位有异常的钻孔，应做好记录，以便在后期注浆时采取有针对性的处理方案。

2.4 排水洞设计

RD1洞内分布有地下暗河，该暗河出口为溶洞最低底板，高程758.0 m，高于河床消力池池底751.458 m，暗河与方村河相通，形状近似矩形，进口尺寸为0.5 m(高)×1.5 m(宽)，向内逐渐扩大为1.5 m(高)×1.5 m(宽)，2016年10月在暗河出口处量测流量约为10 L/s，经水文专业计算和复核可知，暗河多年平均流量为16 L/s，P=20%设计洪峰流量为11.1 m3/s。RD17、RD18、RD19、RD21溶洞均与RD1溶洞相通，左岸集雨面积较大，山区暴雨集中，地表径流将通过暗河直接流入溶洞内，若得不到及时引排，将对消力池边坡及消力池结构造成顶托破坏。同时，汇入溶洞内的地表径流夹带泥沙、碎石等，直接排入消力池，也会对消力池混凝土结构表面造成冲磨破坏，影响整个消力池结构甚至大坝的安全和运行。

因此，考虑堵、排结合的方式即靠消力池侧的溶洞采用C20混凝土回填封堵，封堵段长10.0 m，同时自RD1中暗河最低点758.0 m高程处沿下游方向增加1条连通溶洞与导流洞的排水隧洞，及时将溶洞内的来水通过排水隧洞排至下游河道[4]。排水隧洞长83.0 m，断面为城门洞型，排水洞尺寸不小于暗河尺寸1.5 m(高)×1.5 m(宽)，同时考虑一定富余并结合施工断面要求，排水洞选定过流断面净空2.5 m(宽)×3.2 m(高)。

3 结 论

贵州省岩溶地貌发育非常典型，喀斯特地貌面积109 084 km2，占贵州省总面积的61.9%，境内岩溶分布范围广泛，形态类型齐全，地域分布明显，构成一种特殊的岩溶生态系统。由于岩溶发育，在水库坝址坝线选择时，很难避开溶洞的影响，但可通过补充勘察，进行连通试验，现场调查等多方面分析论证，并结合类似工程的处理经验，采取有针对性的处理方案。本工程坝肩溶洞从三方面加强处理，优化施工工序，从而很好的解决了溶洞对大坝的影响，目前该溶洞处理方案已通过专家审查。溶洞处理是贵州省岩溶地区不可回避的工程问题，溶洞不仅对大坝有影响，更对成库有决定性影响，因此查明溶洞分部范围，发育规模，并采取有效的处理方案是解决山区水库的重要课题之一。

[1] 中华人民共和国水利部.混凝土重力坝设计规范：SL 319—2005[S]. 北京：中国水利水电出版社，2005.

[2] 中华人民共和国水利部.水利水电工程边坡设计规范：SL 386—2007[S]. 北京：中国水利水电出版社，2007.

[3] 中华人民共和国水利部.水工建筑物地下开挖工程施工技术规范：SL 378—2007[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[4] 中华人民共和国水利部.隧洞设计规范：SL 279—2016[S].北京：中国水利水电出版社，2016.