辰溪县后背溶水库坝基岩溶渗漏分析及处治方法研究

容富

摘要：后背溶水库是已建的小（I）型水库，由于坝基岩溶渗漏严重，水库没有发挥效益，笔者根据本工程的工程地质特性，采用综合勘探手段、立体和综合的处治方案，成功治理坝基岩溶渗漏问题，特别是水泥一水玻璃双液灌浆工艺在岩溶洞穴防渗堵漏首次成功应用。在类似工程中值得推广和应用。

关键词：水库；坝基；岩溶；渗漏；处治

中图分类号：TV697.3⁺2

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）09-0111-02

1 工程概况

后背溶水库位于沅水二级支流上，枢纽工程座落在辰溪县方田乡沙坳村，距辰溪县城30km，地理座标：东经108°16′，北纬27°19′，水库枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水涵洞等建筑物组成，枢纽工程为IV级，主要建筑物为4级，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、供水、养鱼等综合利用的小（1）型水库工程。

水库控制集雨2.65km²，设计正常蓄水位165.0m，正常库容213.2万m³，大坝为均质土坝，最大坝高31.5m，坝顶高程168.0m，坝项轴线长120m，坝顶宽4m。溢洪道位于左端，为宽浅式，其最大下泄流量23.7m³。水库下辖135个村，235.5hm²灌溉面积，并可解决3508人的饮水困难；水库防洪效益显著，保护人口1800人，保护省道1845线4km。

大坝于1973年开始修建，1974年完工，由于缺少基础资料，大坝建在三叠系大治组石灰岩上，该组岩石岩溶发育，渗漏严重，大坝从一开始修建完工就无法正常蓄水，枢纽运行几十年，无法发挥它的效益，地方政府财政困难，无资金对其维修。2007年，国家加大中小型病险水库除险加固力度，水库于2007年夏进行全面勘测设计，2009年进行坝基防渗处理。现坝基的渗漏得到有效控制，水库蓄水已到正常水位，枢纽发挥它应有的效益。

2 水库坝址勘察概况

岩溶渗漏问题是一隐蔽性很强的工程地质问题，为了查清后背溶水库坝址岩溶发育规律，在勘察手段上下足了功夫：①走访调查：找当时参入修建的老同志、水利工作者，询问建坝前和建坝时基坑工程地质情况、岩溶渗漏情况；②地质测绘：利用测绘，查明坝址区岩层的分布规律，不良结构面的发育情况，石灰岩的特征，查找岩溶水出漏点；③物探：主要采用了电磁波法和钻孔内电磁透视法，初步测定岩溶的发育规模和深度；④钻探：是对物探成果的一个验证，同时能够查明岩溶的规模、深度，在钻孔内还做了压水试验、示踪剂试验、电磁透视等综合测试工作；⑤压水试验：通过压水试验，可以定量评价石灰岩体的渗透情况；⑥示踪剂试验：主要是测定地下水的流向；⑦联通实验：测定溶洞的联通情况。通过以上综合勘察方法，查明了后背溶水库坝址岩溶发育规律，为下步整治方案提供了可靠的技术支撑。

3 坝基工程地质条件

坝址位于雪峰山脉南麓的中低山区，为对称的“U”型谷，两岸山坡坡度为35°-45°，山顶高程为400-450m，谷底宽40-50m，常年水面宽3-7m，右岸山坡出露有石灰岩，因岩溶发育，见有石牙，石笋等岩溶地貌发育。

坝址处出露地层为震旦系江口组（Zaj）以及三迭系大治组（T1d），震旦系江口组（Zaj）为青灰色中厚层状砂质板岩，分布在大坝左岸和溢洪道；三迭系大治组（T1d）为浅灰色厚层状石灰岩，岩溶发育，石芽、石笋随处可见，表面可见有小的溶洞，分布在大坝右岸，与下伏震旦系江口组地层呈不整合接触。

坝区岩层产状：右岸N17°E-ES<70°倾向大坝右岸偏下游，左岸N32°E-ES<60°，岩体节理裂隙发育，多呈闭合状，以高倾角为主，多不切层，主要分三组：①N40°-50°E-NW<60°，节理面有粘土充填，为岩溶发育裂隙；②N40°-60°W·SW<68°-85°，多与层面相切。③N35°-50°W·SE<50°，层间节理，无充填物，坝区大的断层未见。

根据钻孔揭露，大坝基岩透水严重，浅层基岩透水率89-198Lu，属强透水～中等透水层。三叠系石灰岩中有岩溶发育，岩溶洞穴最大达2-3m，当库水位165m时，下游溪沟漏水量达50-60L/s。造成这么大的漏水，其原因有：①大坝坝基清基不彻底，局部存在残留的砂卵石层，ZK5钻孔显示有0.5m厚的砂卵石，该层砂卵石渗透系数达10^-2cm/s，形成一个大的渗漏通道；②浅层岩石节理裂隙发育，透水率在89-198Lu，属强透水～中等透水层，存在浅层渗漏问题；③石灰岩岩溶发育，往往沿裂隙面形成串状分布，形成较大的岩溶渗漏通道；④坝址处基岩由三叠系石灰岩和震旦系砂质板岩组成，两组岩石呈角度不整合接触，沿不整合面形成较大的漏水通道。

4 岩溶发育特点

后背溶水库坝基为三叠系石灰岩，下部有震旦系的砂质板岩分布，岩层产状倾向大坝右岸偏下游，倾角60-70°，无断层发育，两岸地形基本对称，两岸岸坡坡度35°-45°。基于以上地形、岩性和构造特征，后背溶水库坝址岩溶发育有以下特点：

4.1岩溶发育规模较小：从物探和钻孔揭示，岩溶洞径一般在0.3-0.8m之间，洞内填充物少，充填率20-30%；

4.2浅层岩溶发育：岩溶发育较浅，一般深度3-5m，溶洞沿风化裂隙发育；

4.3岩溶发育不均一性：由于石灰岩内部结构的不均一性、节理裂隙发育的不均一性，导致岩溶发育的不均一性。

针对坝址岩溶发育特点，本工程采用回填灌浆、帷幕灌浆、库前粘土铺盖等综合防渗手段，使坝址岩溶渗漏得到有效控制。

5 大坝基岩岩溶渗漏处治方案

5.1库区粘土水平铺盖

粘土水平铺盖是水库防渗的常用方法，铺设粘土前，首先要腾空库水，清除库区淤泥；其次要对回填的粘土进行取样室内试验，检测其渗透系数、粘粒含量、液塑限、有机质含量等指标；粘土碾压前要进行击实试验，求出最优含水量和最大干密度。铺设粘土时要分层碾压，每层厚度25-30cm；当分段碾压时，相邻两段交界碾迹应彼此搭接，垂直搭接宽度不应小于0.3-0.5m，顺碾压方向搭接宽度为1.0-1.5m。碾压完成后，要对成品取样检测，检测项目为压实度和渗透系数，要求压实度不小于95%，渗透系数小于10cm/s。

5.2回填灌浆

帷幕灌浆前先打先导孔，先导孔发现有岩溶较大的岩溶洞穴先进行回填灌浆，再做帷幕灌浆。回填灌浆的材料选用水泥、细沙、掺杂水及煤灰充分搅拌。回填灌浆压力不宜大于0.5MPa，水灰比采用1.1、0.6：1两个比级，当停止吸浆时继续灌注10min结束灌浆。灌浆结束7天后进行质量检查，采用钻孔注浆法检查，注入水灰比2：1的水泥浆，在前期灌浆压力下，10min注入量不超过10L为合格。后背溶水库回填灌浆合格率为100%。

5.3帷幕灌浆

为了提高灌浆效果，缩短工期，后背溶灌浆采用水泥一水玻璃双液灌浆法，该法是采用适当的水灰比、水玻璃配合比，针对防渗堵漏工程所在地层材料消耗量大而采取的一种防渗灌浆工艺。它具有抗水流；中蚀、流动性好、扩散性可控、触变性可控、凝结时间可控等特点。

5.3.1帷幕孔的布置

帷幕孔布置在坝顶轴线上，孔距2.5m，遇到溶洞加双排，孔距加密到1.0-1.5m，孔深以相对不透水层（q≤5Lu）为控制标准，两岸坝肩延伸长度以相对不透水层和正常蓄水位交线控制。

5.3.2灌浆试验

为适应本工程实际灌浆工艺技术参数，实施灌浆前进行水泥一水玻璃配合比试验，根据根据类似工程检验，水玻璃浓度采用Be'=40，试验参数见表1。

5.3.3施工工艺

5.3.3.1钻孔：采用北京XY-100型地质钻机成孔，孔径75mm。

5.3.3.2洗孔：采用高压水泵抽水；中洗，洗干净钻孔内裂隙粉尘。

5.3.3.3灌浆材料配制：水泥一水玻璃混合浆液结合水泥纯浆液定期抽样检测，尽量减少水泥性能和水玻璃性能不稳定性对灌浆效果产生的影响。水泥采用P032.5普通硅酸盐水泥；水玻璃模数为2.4-3.0，浓度40Be。

5.3.3.4灌浆：灌浆设备为2TG2-60/210灌浆机，灌浆压力0.3-0.5MPa，施工时严格执行《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001。

5.3.3.5质量检查：灌浆完成后15d用钻机成孔做压水试验未检测灌浆效果，检测孔不少于灌浆孔的10%，压水试验透水率小于5Lu为合格，要求合格率不小于98%。

6 灌浆效果分析

灌浆完成后，共钻检查孔10个，压水试验33段，33段压水试验透水率都小于5Lu，合格率100%。说明双液灌浆在后背溶岩溶坝基帷幕灌浆中效果很好。

从下游溪沟渗漏量分析：灌浆前，正常蓄水位下，坝脚溪沟渗漏量50-60L/s，经过防渗治理后，同在正常蓄水位下，坝脚溪沟渗漏量1.5-2.0L/s。说明经过坝前采用粘土水平铺盖、岩溶洞穴内水泥砂浆回填灌浆，再进行水泥一水玻璃双液帷幕灌浆等立体、综合防渗方案是成功的。

7 结语

后背溶水库采用综合勘探手段，查明了岩溶发育的特征和规律，立体、综合防渗处治方案是科学有效的，特别是水泥一水玻璃双液灌浆工艺在石灰岩岩溶防渗堵漏中首次应用成功，为以后类似工程提供了宝贵经验。