道真县富强水库左岸岩溶发育特征及渗漏研究

2023-09-20陈亚林CHENYalin

价值工程 2023年26期

陈亚林CHEN Ya-lin

（遵义市水利水电勘测设计研究院有限责任公司，遵义 563000）

0 引言

在岩溶地区修坝建库，岩溶渗漏是岩溶区最常见的库水渗漏形式，很多学者开展了相关研究，总结了岩溶渗漏特点和防渗处理的方法，在实际工程实例中，针对水库岩溶渗漏处理取得了较多的成功经验[1-3]。

富强水库位于道真县上坝乡新田坝村境内的玉溪河上游河段，坝址以上流域面积10.9km2，正常蓄水位987.00m，总库容367万m3。水库大坝为堆石混凝土重力坝，坝顶高程990.50m，河床建基面高程942.50m，最大坝高48.0m，坝轴线长168.0m。富强水库于2021 年10 月下闸试蓄水运行，下游标水岩沟出水点发现出水量较蓄水前有明显的增加，且左岸发现明显渗漏点，蓄水最高至967.0m 高程左右渗漏量达到1.5m3/s，无较大降雨时，库水位便会持续下降，最低水位降至河床高程左右，无法正常蓄水。如不查明渗漏途径，处理好渗漏问题，有效减小渗漏量，将造成重大经济损失。

1 水库基本地质概况

富强水库地处黔北高原北部，中山－低中山过渡的斜坡地带，主要处于山盆期剥夷面上，库区岩层走向与河流流向近于一致，为纵向河谷结构。库区河流明流与伏流发育，河流在大坝下游流经K9 进水溶洞后向深切河谷标水岩沟K7 出水溶洞或S1 泉点排泄，标水岩沟为左岸库首低邻谷；水库左岸有上坝沟低邻谷分布，上坝沟常年为干谷，两沟谷之间河间地块宽约0.6km，地表分水岭高程在1020m～1040m，河间地块向北东延伸受横向深切的标水岩沟切割而中断。

库坝区基岩出露，岩层呈单斜状产出，岩层产状为N40～45°E/NW∠38～44°，倾左岸，地层岩性主要为三叠系下统飞仙关组（T1f）和三叠系下统嘉陵江组（T1j），岩性主要为灰岩泥岩互层，详见表1。

表1 库区地层表

库区位于道真向斜南东冀，并靠近道真向斜南西侧扬起端之核部，库区未见大的断裂构造发育，岩层产状总体稳定，库区主要发育有两组裂隙：①N40～42°E/SE∠50～60°，平行岸坡发育，为张性裂隙，无充填或局部方解石充填；②N45～50°W/SW（E）∠75～85°或近于⊥，垂直于岸坡发育，为张性裂隙，无充填或少量粘土充填。

水库区碎屑岩与可溶岩相间分布，水库两岸河间地块发育的主要岩溶形态类型包括溶沟、溶槽、溶孔、溶隙、溶洞、岩溶泉、伏流、地下暗河等。与本次水库渗漏相关的水文地质单元为T1f6-1、T1f6-2地层出露区域，位于玉溪河左岸斜坡带，与北侧T1f7泥岩层相对隔水层相隔，南部以T1f5泥岩层相对隔水层为底板，该层岩溶发育较强烈，区内以下游标水岩沟中部的K7（及S1）出水洞（岩溶泉）为最低排泄点，T1f6-1、T1f6-2地层中存在低于河床高程的地下水低槽带，河谷岩溶水动力类型为排泄型。库区地质平面图见图1。

图1 库区地质平面图

2 水库左岸渗漏分析

2.1 连通试验

水库试蓄水过程中在库区左岸发现两处较明显渗漏点，①库水位950.0m 左右，大坝左岸上游约80m 处河弯发现一渗漏进水口（LD1）；②库水位965.3m 左右，在大坝上游约300m 库区左岸见库水向左岸山体里面灌入，并有较大流水声。为查清左岸库区-标水岩沟K7（S1）渗漏通道，在左坝肩及平硐内布置了大量钻孔检查，分别在库区、ZK8、ZK39 投入胭脂红、荧光素等染色剂做连通试验（位置分布见图1），结果如下：

①于2022 年10 月18 日库区投入食用色素胭脂红10kg 及ZK8 钻孔中1kg，于11 月7 日共20 天，在标水岩出水点K7（S1）见到红色色素流出；②于2022 年11 月1日在平洞孔ZK8 投入荧光素1kg，在12 月16 日确认从标水岩沟出水点K7（S1）出来，共用时近45 天；③在钻孔ZK39 投入荧光素200g，历时43 小时从标水岩沟出水点K7（S1）流出来。从渗漏进出口来看本水库具有渗漏进口分散、出口集中的特点，并且从库区向左岸平硐ZK39 离渗漏通道越来越近。

2.2 岩溶发育特征

为找到渗漏通道、圈定左岸渗漏范围，通过大量的工程地质测绘、物探、钻孔、孔内电视、水文地质试验等手段，并利用已有资料，查明了左岸岩溶发育具有以下特征：

①受岩性控制：根据钻孔及孔内摄像揭露的溶蚀裂隙、溶洞发育位置来看，强岩溶主要发育于T1f6-1与T1f6-2过渡带，具有层内深岩溶特征，即沿强溶蚀性岩层与弱溶蚀性岩层界面发育的深部洞穴缝隙[4]。如钻孔ZK8 在873.2m高程发育宽约1.5cm 的溶蚀裂隙；钻孔ZK39 钻进过程中T1f6-2层内遇溶洞有3 次掉钻，841.9m-841.5m 高程出现掉钻0.4m、在840.1m-839.4m 高程出现掉钻0.7m、在838.0m-836.6m 高程出现掉钻1.4m（图2）；其它地方以小的溶孔、溶隙为主。从岩石纯度来看T1f6-1岩性为泥灰岩夹极薄层钙质泥岩，该层黏土质不溶成分含量较高，相对溶解性较低，而T1f6-2岩性为较纯灰岩，溶解性好，岩溶强发育，故在T1f6-1与T1f6-2过渡带形成岩溶强发育带（图3）。并且受到T1f5及T1f7泥岩层相对隔水层的阻隔，岩溶通道未向左岸低邻谷上坝沟和右岸发育，主要发育于T1f6-2强岩溶层中。

图2 ZK8、ZK39 中溶隙、溶洞

图3 大坝左岸地质剖面示意图

②受构造（层面、裂隙）控制：受道真向斜影响，库区裂隙较发育，一组垂直于岸坡发育，产状N45～50°W/SW（E）∠75～85°或近于⊥，为库水下渗到深部岩溶管道提供了通道；另一组平行岸坡发育的反倾向裂隙，产状N40～42°E/SE∠45～60°，与岩层走向近一致，倾向相反，根据连通试验，渗漏通道总体顺岩层走向方向发育（图1），局部受到裂隙切割与层面交接处岩溶强发育，如ZK39 附近发育反倾向裂隙，裂隙面与层面交界处发育多个溶洞（图3），成为库区渗漏的主要通道。

③受排泄基准面控制：标水岩沟河谷深切根据库区地表及地下水补排关系，标水岩沟出水点K7（S1）为库区最低排泄基准面，而不是库区所在的河流玉溪河。水库渗漏勘察中，多个钻孔（ZK10、ZK45、ZK39）底界深入到了排泄基准面825.0m 高程以下，其中ZK39 钻孔钻进过程中孔内水位随着孔深加深而缓慢降低，但钻进到850.0m 高程后孔口开始不返水，终孔水位稳定在848.5m 左右；通过逐渐加密钻孔，圈定地下水低槽带分布于桩号0+040～0+230，最低水位848.0m，与标水岩出水点S1（825.0m 高程）之间的水力坡降为1.15%。钻孔发现的溶隙-溶洞通道位于桩号0+050～0+090，发育高程830.0m～850.0m，比最低排泄基准面（825.0m）高5.0m～25.0m；由此可见，地形深切的标水岩沟排泄基准面，控制了库区左岸地下水的排泄，同时也控制了左岸岩溶的发育深度，见图3。

2.3 渗漏途径研究

经过渗漏勘察，从地表渗漏进、出口来看，渗漏进口多元而出口集中，连通试验及钻孔证实了T1f6-2强岩溶层中沿岩层走向方向发育有岩溶管道，库水未向左岸上坝沟低邻谷渗漏。渗漏路径为库水经层面及裂隙面下渗进入T1f6-2岩溶管道中，位于左坝肩的管道主要分布于桩号0+050～0+090，渗漏主通道发育高程位于830.0m～850.0m，再通过岩溶管道向标水岩沟出水点K7（S1）排泄，为溶隙-溶洞型渗漏类型。

3 渗漏处理与效果

3.1 渗漏处理措施

本水库的岩溶渗漏勘察与处理随着勘察结果揭露是动态调整的，根据渗漏勘察成果，富强水库主要渗漏带为低于河床的地下水低槽带（桩号0+040～0+230），尤以T1f6-1与T1f6-2过渡带形成的岩溶强发育带渗漏突出，库区左岸渗漏的主岩溶管道高程位于830.0m～850.0m，比河床高程950.0m 还低100m～120m，渗漏通道埋深较大，施工难度大，适用基岩帷幕灌浆的方式处理。

补强帷幕底界深入相对弱岩溶层（T1f6-1）以下2～3 段，边界以原帷幕底界与地下水交点控制；设计补强帷幕孔与原设计主帷幕孔相间布置，设单排，孔距3m，孔深76m～181m，原帷幕以下部分灌浆处理，根据实际灌浆情况在耗灰异常大的地方再增设补强孔，补强灌浆防渗面积约1.04万m2，见图3。根据实际灌浆情况，耗灰量大的位置基本位于T1f6-1与T1f6-2过渡带形成的岩溶强发育带上，主通道ZK39 及附近遇溶洞的帷幕灌浆孔灌浓浆及砂浆超2000m3；强岩溶以外地方耗灰量大部分较小，一般单位耗灰量小于20kg/m，局部裂隙、溶隙切割部位单位耗灰量200～500kg/m，总的灌浆处理量是可控的。

3.2 治理效果

经过大量补强帷幕灌浆处理，ZK39 及附近遇溶洞孔封堵完成后，标水岩沟出水点K7 在库水位959.00m 时的80L/s 流量直接断流，S1 的流量也减少到5L/s；经一段时间的蓄水观察，库水位在持续上升，已超过前次蓄水的最高蓄水位967.0m 达到971.0m，且无降雨影响情况下，K7出水溶洞一直处于断流状态，只有泉点S1 流量保持在5L/s左右，流量不随库水位上升而变化，富强水库左岸渗漏处理达到较好效果。