浅谈岩溶地区水库防渗处理

(云南省水利水电工程有限公司，云南 昆明 650000)

1 引 言

云南省境内碳酸盐岩分布广泛,全省碳酸盐岩总分布面积约为9.7万km2,约占云南省总面积的26%。主要集中分布在滇东、滇西、滇东南等地区。这些地区修建水库的地形条件较好,但存在严重的渗漏缺陷,常常在水库建成后，因渗漏带来许多工程安全危害,如渗漏淘浊坝体、库底塌陷落水、库岸坍塌渗漏等,严重影响了水库运行安全和效益的正常发挥。

自20世纪60年代起,云南省先后在岩溶地区修筑中、小型水库八十余座,但由于这些水库在修建时,限于当时条件,多数未经详细的地质勘察和设计而修建,工程地质和水文地质工作较薄弱,大部分水库都存在严重的渗漏问题。为了促使这些水库的水资源得到充分利用,更好地造福于民,云南省在岩溶地区水库渗漏处理上进行大胆探索，采取了许多种方法对水库渗漏进行处理,取得了一些防渗处理的资料,总结出了一些成功的经验。本文结合近年来云南省岩溶地区水库的防渗处理工程实践,谈谈在岩溶水库防渗帷幕设计、施工上的几点体会。

2 防渗帷幕的设计原则

所谓岩溶地区水库的防渗帷幕,是指在水库坝址区拟定的防渗轴线上,采用钻机钻孔,孔内灌注浆液的手段,以封闭渗漏的溶浊裂隙、洞穴或岩溶管道,在岩石内形成连续的阻水体,起到防止水库渗漏的作用。

2.1 查清防渗处理区的工程地质和水文地质条件

设计防渗帷幕之前,应查明水库渗漏存在的部位。设计帷幕时,应通过各种勘察手段,摸清岩溶发育的基本规律、发育特征和深度,查清防渗处理区的工程地质和水文地质条件,才能有的放矢。

2.2 充分利用水库坝址区有利的地质条件

设计时，应充分利用水库坝址区有利的隔水层,选择在技术上先进、施工上可行、经济上合理的帷幕布置形式,必要时通过物探手段或钻孔连通试验,勘查渗漏集中的确切位置,帷幕定线要力求阻塞全部渗水通道,帷幕与隔水层(段)应以最短的直线相接，使之达到最佳防渗效果。

2.3 选择合理的防渗帷幕灌浆设计参数

在拟定灌浆区,选择有代表性的地段,通过不同孔、排距、不同灌浆压力、灌浆工艺方法进行实地试验,确定适宜的灌浆参数。同一水库灌浆帷幕设计的孔、排距，应不局限于一种孔排距，而应视各地段地质情况而定，疏密结合。

2.4 依据渗漏区实际情况布置防渗帷幕

首先查清渗漏区的构造特征,力求使帷幕轴线通过构造比较简单的地段,尽可能垂直构造破碎带,尽量避免帷幕轴线沿断层走向通过,尤其是岩溶洞穴发育的地带。如必须通过岩溶暗河或岩溶管道时,帷幕线应力求与其垂直,同时还应考虑帷幕线与地下水位线相垂直,以缩短长度,否则会增加钻孔难度,影响帷幕效果。

3 防渗帷幕的布置方式

根据帷幕轴线与拦河大坝之间的位置关系,防渗帷幕通常可以采用以下几种布置形式。

3.1 平面帷幕布置方式

3.1.1 直线式

直线式是帷幕垂直于河谷,平行大坝轴线方向。适用于坝基渗漏和绕坝渗漏,直接隔断渗水通道,是坝基防渗采用较多的一种形式,往往达到立杆见影的效果。如：曲靖市花山水库、师宗县溜子田水库、寻甸风龙湾水库、蒙自县庄寨水库、师宗县东风水库等防渗帷幕轴线就是此种形式。

3.1.2 前倾式

前倾式是帷幕轴线向上游倾斜一定的角度,适用于上游坝基绕坝渗流。前倾式的优点是：可以直接切断渗水岩层,防止渗水沿坝肩淘浊坝体,起到防渗保坝作用。如：弥勒县洗洒水库,右岸坝外帷幕轴线斜向上游，与坝轴线交角23°,直接隔阻右岸岩层渗水,有效地阻止了绕坝渗漏。

3.1.3 后倾式

后倾式是岸坡帷幕轴线斜向下游,此种形式是在绕坝渗漏水源来程较远,而与近坝肩、坝基渗水关联不大时采用,通常是防止渗水回流冲刷淘浊坝体,起到保护坝体的作用。如：洱源县海西海水库Ⅱ号渗漏带,在左坝脚外有三个集中渗漏出溢点,渗水总量达143.64L/s,筑坝时采用砂管将渗水引排坝外,但水库1993年扩建加高大坝后,II号渗漏带渗水明显加大,并回流对坝体产生直接侵害。设计在充分查明渗漏通道后，帷幕轴线依据渗漏带分布位置,在左坝肩部位帷幕轴线与坝轴线帷幕相接,左岸坝外帷幕轴线则倾向下游，并沿河岸向下游延伸246m,目的是直接将渗水阻拦出坝外一定距离,达到保坝的目的。

3.2 剖面帷幕布置方式

3.2.1 悬挂式帷幕

悬挂式帷幕适用于隔水层埋藏较深，帷幕底不能深入到隔水层或相对隔水层的情况。帷幕有一定深度，悬挂在相对弱透水层中,如：蒙自庄寨水库、洱源海西海水库、祥云新兴苴水库等防渗帷幕设计。对于悬挂式帷幕设计,应力求深入到弱透水层中,帷幕深度应削减坝前水头至少一半以上为原则,以达到延长渗径,降低渗透水流速的作用。

3.2.2 接地式帷幕

接地式帷幕幕底深入到隔水层或相对隔水层中,取决于隔水层的可靠性,此种形式在隔水层或相对隔水层埋藏不太深的坝基渗漏处理中适用。隔水层或相对隔水层埋藏较深,多采用悬挂式。

4 防渗帷幕的结构设计

4.1 孔距与排距

孔距与排距的选择,根据云南省的岩溶地区水库渗漏处理及资料分析来看,孔距一般为1～3m,最小的孔距可达0.50m,孔排距的确定,依据设计帷幕厚度,通过灌浆试验确定。灌浆试验,可得到浆液扩散的有效半径,在岩溶地区,由于溶浊裂隙和溶浊洞穴是无规律的,其扩散特点在不同部位是不规则的,因此,灌浆试验十分必要,只有通过不同孔、排距试验,才能取得可靠的灌浆技术数据。

4.2 孔序与排序

按先堵后排和逐序加密的原则,一般孔序按三个次序(也有个别水库按四个次序)进行排序，即：先施工下游排孔,再施工上游排孔,最后加密施工中间排孔，依次进行灌浆施工。

4.3 分层帷幕的设计

分层帷幕多适用于透水层较厚的防渗处理，即采用开挖分层廊道的办法,分层构筑防渗帷幕。廊道的高差和层数视河谷形态、坝高和地质条件而定。在岩溶地质条件复杂的情况下,层间高差宜小些,如：蒙自市五里冲水库,层高60～80m,分三层廊道;在岩溶地质条件简单的情况下层高可大些,如：富宁县青华洞水库,层高为80～100m。廊道的布设,除了有利于钻孔灌浆的要求以外,还应有一些特殊要求,廊道尺寸应大些,满足多排孔灌浆的要求,同时廊道应设通风口,最好一层廊道设有多个出口。

5 灌浆材料的试验与选用

岩溶地区的水库，其渗漏特点是常常产生集中渗漏,灌注时浆液注入量在平面和立面的不同位置均有所不同,而有的孔段往往耗浆量极大,常常采用一些特殊的灌浆材料。云南省多采用水泥浆、水泥和水玻璃浆、水泥黏土浆、化学浆液(甲凝、丙疑、聚氨酯等)、水泥砂浆、细石混凝土等作为灌浆材料。通常情况下使用混合浆液,可就地取材、节约水泥,且掺用其他材料,可调节浆液的和易性,以促使浆液在裂隙中扩散充填,对改善灌浆效果有利，应用实例详见表1。

表1 云南岩溶地区水库灌浆使用材料情况

曲靖花山水库曾采用水泥浆液、化学浆液(丙疑、聚氨酯)、水泥和水玻璃浆液在主坝、Ⅰ副坝、Ⅱ副坝分地段采取不同浆液，进行多次灌浆试验。根据不同的渗漏特征，采取不同类型的浆液灌浆。对岩溶集中渗漏通道,采用水泥、水玻璃浆液灌注；对主坝右岸绕渗，渗水流速较快的地段，采用聚氨酯浆液灌注，封堵住大通道后，再用水泥浆液灌注补强；而对坝体与基岩接触带则采用1∶1的水泥、黏土混合浆灌注；坝体渗漏，则采用1∶3水泥黏土浆劈裂灌浆法灌浆。由于该工程因地制宜制定切实可行的灌浆方案，采取适合的浆液灌注，有效地封闭了岩溶渗漏通道，取得了良好的灌浆效果。

寻甸县凤龙湾水库,采用纯水泥浆和水泥、水玻璃浆液,对右岸岩溶渗漏通道进行灌浆，有效地阻塞了右岩绕坝渗漏。

永善县嵩枝坝水库,左岸坝基岩溶发育,建库蓄水后,渗漏总量达117L/s,而最大的渗漏点为73L/s,根据渗漏特点,采用右岸黏土制成黏土浆,再按水泥∶黏土比例为1∶3配制成混合浆液进行灌浆,取得明显防渗效果,灌浆结束后,整个坝址区渗水减少至0.35L/s。

6 岩溶水库大漏段的处理

岩溶水库由于存在溶浊空洞和岩溶管道,常产生集中渗水通道,灌浆时可采取特殊的办法进行处理。

6.1 地下水位以上大漏段处理

当1∶0.5的纯水泥浆液灌入4～6t后仍无压时,水泥浆中可逐级加入5%、10%、15%、20%的细沙，通过搅拌捅搅拌，用砂浆泵压入孔内。如仍无压，可灌入胶凝时间10～15min的水泥—水玻璃浆液,在搅拌桶内混合，用泥浆泵压入孔内,如灌入2～3t水泥后仍无压，则采用间歇或停歇法灌浆，直至达到设计压力结束灌浆。

6.2 地下水位以下的大漏段处理

先按地下水位以上大漏段的工序操作，无效时选用水泥—水玻璃浆液，胶凝时间为2～5min,采用双管双液法，孔内混合，直到瞬时胶凝的浆液配比,进行灌浆。

6.3 遇有大孔洞且流速大的孔段处理

可投沙、石(小于1cm)入孔内,使孔底垫起 0.50～1m，用高压水枪装置将其冲出孔外再灌浆，反复投石灌浆,根据孔内情况反复进行,直至封堵密实(详见表2)。

表2 水泥-水玻璃浆液配比与胶凝时间关系

注溫度19℃～24℃,水泥强度等级42.5级。

此表中数据依据洱源县海西海水库灌浆用42.5 级普通硅酸盐水泥和水玻璃室内配制试验而得,具体使用时应根据水泥标号、水玻璃浓度、气温进行现场试验而定。

7 小 结

实践证明,防渗帷幕是岩溶水库渗漏处理中最有效、最具普遍适用意义的措施和方法。 在今后的工程施工中，需进一步探讨先进的电探、物探等探测技术,研究先进的灌注施工工艺和方法，借助风动冲击型大口径(200～500mm)钻机等先进的施工设备,有效提高岩溶水库防渗处理中技术水平和防渗处理效果，彻底消除水库渗漏安全隐患，使水库工程真正发挥应有效益。

邹成杰.水利水电岩溶工程地质[M].北京：水利水电出版社，1994.