小长冲水库岩溶渗漏分析与处理

张乔军

(贵州水利科技开发有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

1 水库概况

小长冲水库位于六枝特区新场乡的乌江的懒龙桥河一级支流之后坝小河上，乌江属于长江流域沅江水系。水库坝址以上汇水面积12.60 km2，坝址以上河段长约3.90 km，河床平均比降为18.70‰，回水长678 m，坝址正常蓄水位1 542.50 m，当水库在非汛期正常运用时按照正常蓄水位运行，总库容1.57×106m3，坝顶高程1 546 m，工程总体布置由首部枢纽工程、供水灌溉工程两大部分组成，推荐枢纽布置为混凝土面板堆石坝+右岸岸边溢洪道+左岸导流兼取水放空隧洞。面板堆石坝最大坝高38 m，水库主要任务是解决新场乡集镇及周边农村人畜供水，同时兼顾农田灌溉用水，工程规模为小(1)型水利工程。小长冲水库库区碳酸盐岩熔化问题突出，且岩溶发育，岩溶渗漏分析是影响水库安全运行的主要工程地质问题。

2 岩溶水文地质条件分析

2.1 岩溶形态

六枝特区内碳酸盐岩广泛分布，由于构造裂隙切割，地壳间隙抬升以及湿润多雨的气候条件，区域岩溶强烈发育。据库盆周边岩溶洼地统计，岩溶发育率1～3个/km2，各种岩溶形态众多，其中以洼地最甚，溶洞、暗河、落水洞、溶隙均有发育。岩性对岩溶发育强度的控制作用极为明显，纵观全区，几乎所有的岩溶洼地、落水洞、暗河系统均发育为质纯层厚的C2hn、C3mp和P2m+q强岩溶地层，特别是在可溶盐岩与非可溶盐岩的接触带上，常发育有大型的岩溶管道，如s1、s3岩溶泉水。岩溶发育具不均匀性和向深部减弱的规律。岩相的不均一变化，特别是构造破坏在不同的构造部位不一致，近代地质作用的选择性，使岩溶的发育在不同地段、同一地段的不同深度均不相同。P2q灰岩为岩溶透水层，P1L砂页岩为相对隔水层，坝址可溶岩地层中未发现较大规模的岩溶现象，主要岩溶形态为溶蚀裂隙及层间浅层小溶洞等，但坝址段河流有悬托现象。据压水试验，坝址岩体透水性普遍偏大，满足防渗要求的岩体埋深较大，强风化带为注水，弱风化带普遍>20 Lu，但微风化下部孔深一般在33 m或40 m以下，仅zk1孔为26 m以下，透水率<5 Lu。左岸推测水力坡度15.90%，右岸为18.70%。

水库右岸经zk3钻孔揭露地下水坡降大且有梁山组(P1L)砂页岩、粉砂岩相对隔水层分布，经帷幕灌浆防渗处理后，渗漏的可能性小；左岸为强岩溶含水层(P2q)经zkl岸坡钻孔揭露地下水高程为1 521.50 m，比正常蓄水位低出21.80 m，zk7河床钻孔揭露地下水高程为1 507.90 m，比河水位1 514.40 m低出6.50 m，左岸北西面存在低矮邻谷，库水沿左岸低邻谷岩溶管道渗漏的可能性大，可通过防渗帷幕反接库尾P1L相对隔水层解决。下阶段应在左岸分水岭地带布置水文孔查明左岸地下分水岭高程，为防渗帷幕走向与防渗边界设计提供确切依据。

2.2 连通试验

根据小长冲水库岩溶水文地质条件调查结果，小长冲水库坝址为周边最低侵蚀基准面，田坝头-熊井小寨补给区、湾河-后坝补给区的地下水及地表水都会在小长冲水库坝址附近排泄。水库处在灰岩及炭质砂质页岩、泥质粉砂岩等相对隔水地层与岩溶透水层相间组成，左岸岩溶洼地、落水洞、岩溶管道、暗河发育。左岸存在地下低邻谷渗漏问题，水库渗漏突出，库区地下水主要由后坝小河及右岸洼地通过ks1出伏口排泄出露，汇入库盆河流，河流进入(P2q)地层，通过裂隙及溶隙方式进入地下暗流，下游水流量逐渐变小。再向左岸低邻谷地下暗河通道s3泉水排出。根据岩溶发育特征，坝址左岸至右岸zk3钻孔一带须进行重点防渗处理。

2.3 地下水特征

坝址强弱含水层相间分布，从下游至上游，依次为强岩溶含水层(P2q)、相对隔水层(P1L)，地下水为岩溶裂隙、溶洞水，基岩裂隙水，据16个钻孔地下水观测资料统计(见表1)，右岸地下水高于河水位(1 516.80～1 511.50 m)；左岸地下水低于河水位(1 516.80～1 511.50 m)。

表1 钻孔水位统计表

3 坝址岩溶渗漏分析

3.1 坝址左岸渗漏

水库左岸为强岩溶含水层(P2q、P2m)，溶隙、裂隙极为发育。左岸北西面有一个低矮邻谷，构成左岸地表低邻谷，谷底高程1 395.00～1 393.20 m，较水库正常蓄水位<118m左右，受此影响，大冲出伏口s3岩溶泉所经过的P2m强岩溶地层NW向发育的穿洞岩溶管道，为隐伏的地下低邻谷。地表调查时发现该谷地底部有s3泉水出露，平水期流量30～80 L/s，枯期30～40 L/s。据钻孔揭露zk7地下水高程为1 507.90 m，河水位高程为1 514.40 m，zk12地下水高程为1 506.10 m，河水位高程为1 514.40 m，zk13地下水高程为1 505.40 m，河水位高程为1 514.40 m，zk14地下水高程为1 503.70m，河水位高程为1 514.40m，据上述分析，左岸地下分水岭存在以下两种：一是钻孔zk7、zk13一带，地下水沿下游面渗漏，通过岩溶管道补给s3泉水；二是钻孔zk12、zk14一带，地下水沿zk14钻孔一带渗漏，补给s3泉水。

水库蓄水到1 542.50 m高程后，由于地下水雍高，库水沿左岸分散性向低邻谷s3泉水渗漏。左岸地下水流向见图1，岩溶水文地质平面图比例尺1∶10 000。

图1 左岸岩溶水文地质剖面图

左岸库盆中前段与库首河床出露C3mp、P1l、P2q等地层，在可溶岩及其与非可溶岩接触带附近，河床及岸坡钻孔(包括远岸水文孔)地下水位多低于河床，故左岸库、坝区河谷为排泄型河谷，水库存在严重的渗漏问题，必须进行防渗处理才能成库。建议水工修建防渗面板及土工膜结合帷幕防渗接P1l相对隔水层予以解决。

3.2 坝址右岸渗漏

水库南岸依次为相对隔水层(P1l)、强岩溶含水层(P2q)，水库南岸前段(除坝址区外)出露P1l相对隔水层且以50°倾角倾向左岸偏下游，本区域内沿其倾向未受地形深切出露，亦无断裂切割破坏，隔水性能较好，渗漏的可能性小。据钻孔揭露zk3地下水高程为1 530.10 m，zk9地下水高程为1 523.50 m，河水位高程为1 514.40 m，基本都比河水位高。水库蓄水到1 542.50 m高程后，由于地下水雍高，zk9钻孔附近为相对隔水层，没有渗漏的可能性；库水沿zk3钻孔以南有低邻谷，但有(P1l)泥页岩相对隔水层阻隔，沿右岸渗漏没有可能性，zk3钻孔向下游渗漏可能性较大，通过防渗帷幕接P1l相对隔水层予以解决。

4 防渗处理

4.1 防渗处理方案

小长冲水库防渗主要采用左岸铺盖+帷幕相结合防渗、绕坝反接上游P1l相对隔水层防渗两种方案，根据水库地质条件进行分析和选取。

水库区盆地为悬托型，其坝址区河水下潜，进入地下水基准面，左岸有地下岩溶管道。用左岸铺盖+帷幕相结合防渗，左岸铺盖边界修建在P1l地层上至趾板，并结合帷幕灌浆，灌浆防渗底界深入P1l相对隔水层5 Lu以下，库区渗漏便无可能性。如果用绕坝反接P1l相对隔水层防渗，根据本次勘察查明库水存在通过左岸P2q灰岩地层向穿洞岩溶管道(隐伏低邻谷)及其出口s3(高程1 395 m，距库左岸约1.50 km)产生渗漏，必需进行防渗处理。

一般情况下，悬挂式止水帷幕插入不透水层深度越大，地下水绕流距离越长，基坑周围地下水位降幅越小，对基坑周围环境影响也越小，但是工程费用则越高。为此，必须根据土层渗透特性、含水层厚度等进行悬挂式止水帷幕插入深度的合理确定。根据连续性条件、动量守恒定律及达西定律，进行了渗流方程的有限元分析，并提出止水帷幕设置深度与抽水井深度和水位降幅之间的对应关系，且根据分析结果，止水帷幕插入不透水层的深度与抽水深井深度相同时，帷幕能降低基坑外侧水位，且当止水帷幕比抽水深井深度大时，帷幕深度的增加降低基坑外侧水位的效果更加显著。但是插入深度增大会使工程造价随之增加，为在最佳工程效果和工程造价之间寻求平衡，水库拟以抽水井深度为止水帷幕插入深度。

全帷幕防渗设计对帷幕底界考虑出三种方案：方案一：采用全封闭式帷幕，即防渗底界全部进入P1l相对隔水层10 m。根据zk12、zk7号钻孔和防渗线周边zk8、zk10号钻孔及地表地质测绘综合分析，P1l相对隔水层在全帷幕防渗上最大埋深约190 m，高程为1 352.50 m，低于s3出口42.50 m。方案二：采用悬挂式帷幕，即防渗底界进入勘察期地下水位以下20 m并同时满足岩体透水率≤5 Lu控制。据此原则根据zk12、zk7号钻孔压水试验及短期观测的钻孔水位综合分析防渗帷幕最大深度按抽水井深度确定，约90 m，高程为1 452.50 m，高于s3出口57.50 m。防渗底界至s3处水力坡降约为4%。方案三：采用全封闭式帷幕+悬挂式帷幕，即库岸中尾部防渗底界全部进入P1l相对隔水层10 m，库首及中部采用悬挂式帷幕，考虑到岩溶发育的不均一性、勘察期钻孔水位的稳定性、观测水位的时限性等因素，防渗底界以s3出口高程按2%左右的坡降反推到帷幕线上，帷幕最大深度按抽水井深度确定，约113 m，高程为1 430 m，高于s3出口35 m。

4.2 防渗处理方案比选

方案一为全封闭式帷幕，可靠性相对高，但防渗底界深，且底界已

5 结论

文章在分析小长冲水库岩溶水文地质条件的基础上，得出水库总体呈北东向展布，地形封闭良好，两岸地表分水岭雄厚，水库左岸近坝段到k30落水洞为强岩溶地层，坝址左岸约1.60 km处发育有低矮邻谷，左岸可能沿岩层走向产生渗漏问题。右岸坝址坝前约470 m处有ks1岩溶泉分布，泉水出露高程1 526 m，比正常蓄水位<16.50 m，且水库蓄水后库水将沿ks1出伏点沿岩溶管道反压回泉水入伏点，造成渗漏。水库左右岸库水在近坝段强岩溶含水层(P2q)向右岸及左岸渗漏问题均可通过灌浆防渗解决。小长冲水库自2020年4月运行以来，蓄水运行完全正常，充分证明了在水库工程设计阶段对岩溶渗漏分析的准确性及所采取的全封闭式帷幕+悬挂式帷幕防渗措施的适用性。