板厂沟水库库区渗漏分析及处理

沙 斌，马光猛

(昭通市水利水电勘测设计研究院，云南 昭通，657000)

库区渗漏是水库工程勘察设计中经常遇到的一个问题，为了保证防渗处理方案的正确性，应全面查明影响渗漏的主要地质缺陷和水文地质条件，特别是对于岩溶、顺河断层、裂隙、破碎带、顺层结构面等不良地质条件，只有详细了解地质情况，才能正确地选择防渗处理方案和相应的施工工艺[1-3]。

1 工程概况

板厂沟水库是一座以农村生产生活及农业灌溉供水为主的小(1)型水库，水库死水位802.5m，正常蓄水位825.5m，总库容212.2万m3，设计年供水量233万m3，解决2.38万人、1.26万头大牲畜的生产生活用水及240hm2农田灌溉。水库枢纽建筑物由大坝、溢洪道、输水导流隧洞组成，大坝为混凝土面板堆石坝，坝高41.3m。

2 基本地质条件

2.1 地形地貌及不良物理地质现象

工程区属构造侵蚀、剥蚀型中山地形地貌，山脉走向及岩层走向呈东西向。库岸山顶高程920m～1100m，河谷高程790.2m～858m，宽10m～30m。河流自西向东，于水库下游400m处折向北西，再向下游3km处入落水洞，经暗河于低邻谷江边出露。工程区内碳酸盐岩分布广，分为灰岩及白云岩两类。灰岩喀斯特岩溶极发育，以二叠系栖霞茅口组为代表，落水洞、暗河、溶洞等常见；白云岩岩溶不发育，以寒武系为代表。奥陶系中上统灰岩厚仅约50m，两侧砂页岩夹持，地下水补给有限，岩溶发育中等，坝前左岸冲沟内地表未见明显岩溶，坝下游河流转弯处见两个沿灰岩层面发育垂直型溶洞，洞径约0.8m。

2.2 地层岩性及构造

水库处背斜西端南东翼，岩层自左岸陡倾向库区，产状：N81°～85°E，倾向SE，倾角84°～86°。区域地层为二叠系乐平组砂页岩夹煤层、峨眉山组玄武岩、栖霞茅口组灰岩；志留系中上统砂岩页岩、下统炭质页岩；奥陶系中上统灰岩、下统灰绿色页岩；寒武系娄山关群灰质白云岩、高台组石英砂岩、白云岩。库区右岸及库盆地层为龙马溪组黑色炭质页岩，岩层厚度209m～294m；坝前左岸冲沟高程812.5m～825m段为奥陶系中统宝塔组龟裂纹灰岩、生物碎屑灰岩、小疙瘩状灰岩，该层厚度约34m～51m；高程825m以上为奥陶系下统眉潭组棕黄色、灰绿色页岩，浅灰色石英砂岩，泥质粉砂岩。板厂沟水库库区地层柱状情况详见表1。

表1 板厂沟水库库区地层柱状情况

3 水库渗漏分析

3.1 岩溶渗漏

水库枢纽、库区河床及右岸地层为志留系下统炭质页岩，隔水效果良好，水库不存在河床及右岸渗漏的情况。F1断层横穿库区，但沿断层出露的泉水高于库水位，水库不存在沿F1断层渗漏情况。

奥陶系中统宝塔组灰岩自左岸带状出露，灰岩岩溶中等发育。钻孔zk101于28.2m、31.3m处分别揭露0.3m、0.5m溶蚀裂隙，透水率q=68.49Lu～200.6Lu，观测稳定地下水位782.8m，低于正常蓄水位42.7m；zk301揭露25.3m～35.3m处岩心破碎，溶蚀明显，透水率q=234.6Lu～239.0Lu，初见地下水位847.3m，终孔地下水位720.7m，低于正常蓄水位104.8m。自坝前冲沟往下游500m，河流垂向切割灰岩，于河床中发育两个溶洞，洞径约0.8m。从地表调查及钻孔综合分析，宝塔组中上部灰岩存在溶蚀裂隙或小的溶洞，通过层间结构面沟通，水库存在沿灰岩顺层面溶蚀裂隙渗漏的条件。板厂沟水库区域地质图详见图1。

图1 板厂沟水库区域地质

3.2 低邻谷渗漏

水库西面为流域源头，无渗漏条件；南面及北面存在低邻谷但有较厚的砂页岩隔水层，也不存在向南北低谷寒武系白云岩及二叠系灰岩区渗漏的地质条件；库区东面2.4km存在低邻谷，水库左岸宝塔组灰岩自库区左岸冲沟连通东面低邻谷，低邻谷底高程398m，低于正常蓄水位427.5m，水库至低邻谷地下水力坡降17.7%。综合分析为宝塔组灰岩沿陡倾顺层溶蚀裂隙或较小的溶洞沟通东面低邻谷形成了水库渗漏。板厂沟水库至低邻谷渗漏地质剖面详见图2。

图2 板厂沟水库低邻谷渗漏地质剖面

4 防渗处理

4.1 垂直防渗方案

垂直防渗方案是将灰岩岩溶渗漏处理与大坝帷幕灌浆线结合，延长坝轴线左岸帷幕110m截断灰岩，终点进入砂页岩地层20m，让岩溶防渗与大坝帷幕防渗形成完整屏障。灌浆深度深入稳定地下水位及基岩透水率小于5Lu，进入相对隔水层以下5m。但该方案存在如下缺陷：

(1)由于灰岩陡倾，理论上无限延伸，因此，这种处理方式不能完全截断灰岩，帷幕属悬挂式，不能确保防渗可靠性。

(2)据设计帷幕厚度应遵循的原则，本工程含可溶岩层，属“复杂的地质条件”，帷幕钻孔应为两排或两排以上，工程量很大。

(3)根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL/T 62-2020)“5.2.4钻孔孔底允许偏距”的规定(见表2)，本工程帷幕钻孔深140m，允许偏距3.5m，即使布置多排钻孔也不能保证帷幕连续性，质量难以控制。

表2 钻孔孔底允许偏距

(4)帷幕底承受水头104.8m，需保证足够厚度合格帷幕才能在蓄水条件下不被击穿破坏。

综上所述，从工程水文地质特性看垂直防渗处理方案并不适合本工程。

4.2 水平防渗方案

针对垂直防渗方案存在的弊端，对三种水平防渗方案进行比较：

(1)粘土土工膜防渗。灰岩出露面积1885m2，在灰岩出露面及周边采用粘土及土工膜铺盖并增加截水槽防渗，隔离库水与岩溶区水力联系，处理面积6944m2。

(2)混凝土面板防渗方案。处理位置及范围与粘土土工膜防渗方案相同，不同点为清坡整平后采用混凝土面板防渗，面板趾槽进行基础固结及防渗处理。

(3)于冲沟口龙马溪组砂泥岩内设置混凝土重力坝，将库水与宝塔组灰岩区隔开。

土工膜和面板防渗方案处理区内最大淹没水深15m，水头压力小，地形以缓坡斜坡为主，方案简便易行，但需对灰岩区进行一定深度基础充填灌浆防止基础沉陷；重力坝隔离方案在灰岩边界下游43m(轴线)处修建埋石混凝土重力坝将库水与灰岩区隔离，并对重力坝进行基础固结灌浆及帷幕防渗处理，可靠性耐久性更优，本工程最终推荐重力坝隔离方案。板厂沟水库防渗处理方案比较情况见表3。

表3 板厂沟水库防渗处理方案比较

5 结论

板厂沟水库正常蓄水位为825.5m，坝前左岸冲沟高程812.5m～825m段出露奥陶系中统宝塔组灰岩，存在岩溶-低邻谷渗漏条件。为了保证防渗处理方案的正确性，全面查明影响渗漏的主要地质缺陷和水文地质条件，特别是对于岩溶、顺河断层、裂隙、破碎带、顺层结构面等不良地质条件。从工程水文地质特性看垂直防渗处理方案并不适合。针对垂直防渗方案存在的弊端，对三种水平防渗方案进行比较，从经济型、可靠性、耐久性综合考虑，最终推荐重力坝隔离方案。