长岭水库除险加固工程防渗设计

□李华强 □荆卫星（新乡市水利勘测设计院）

1.概述

辉县市长岭水库位于海河流域卫河支流刘店干河的中游，是一座防洪、灌溉综合利用的小（1）型水利枢纽工程，水库总库容684.24万m3，兴利库容459万m3，水库工程包括溢流坝段、挡水坝段及输水洞3部分。水库下游800m有拍石头水库，15km有南水北调总干渠和辉县市城区，地理位置十分重要。

长岭水库建于1975年文革期间，漏水严重，日最大渗漏量高达5.1万m3以上，水库加固前已多年空库，严重影响了下游群众生活用水和农业灌溉。

长岭水库坝址区左坝肩地质情况较差，破碎严重。根据库区地质测绘，覆盖层为第四系全新统冲洪积及洪积成因的卵石；下伏基岩主要为寒武系白云质灰岩、灰岩，奥陶系泥质页岩、白云质灰岩、灰岩。区域内岩溶比较发育，一般溶洞直径0.2～0.5m，大者达1.0m；钻孔中岩溶多见溶孔，或一些小的不连续的溶洞、溶隙等岩溶现象。

地质勘查在坝址区共发现5条断层，均为高倾角正断面，其宽度≤2 m，其中F2、f2、F3断层走向以西北为主，倾向西南，F1断层走向为东北向，直立，F4断层走向为西北，倾向南，倾角 70～80°。坝址区左岸 F2、f2、F3断层斜交坝轴线，F2、f2 断层位于靠近左岸河床处，同时贯穿大坝上下游，形成地下水之通道，在大坝下游坝脚100 m内发现2处泉水出露点。F3断层位于左岸输水洞附近，在下游延伸处100 m内发现1处泉水出露点，流量5 L/s，渗漏问题严重。F3断层影响带,钻进过程中不回水，同时压力仅升到0.2 MPa，每分钟流量均超过100 L。F1、F4处于大坝下游右岸80 m,对大坝的渗漏影响不大。右岸岩体相对完整，但岩溶发育。

2.设计方案

2.1 初步设计方案

2.1.1 坝肩、坝基防渗帷幕灌浆

为了使坝基帷幕灌浆与防渗面板形成一个整体，帷幕灌浆孔布置在面板下部。施工时先浇注一定高度的面板（台阶状）作为灌浆平台进行帷幕灌浆，灌浆工程结束后，再进行面板施工。灌浆平台251高程以下宽度按面板厚度进行施工，251以上宽度为4m，考虑施工布孔方便以及地形条件平台长度采用6m，平台厚度2.2m。灌浆平台按施工缝采用设置键槽的方法进行处理，与上部面板进行连接。

根据工程地质勘察报告，左坝坡发现3处断层，透水率＞100Lu，断层深度较深（＞35 m,没有查清深度）。帷幕灌浆采用悬挂式帷幕，为保证灌浆质量在左坝坡采用双排灌浆，第一排灌浆孔中心线布置在溢流坝段距离坝面1.4m处，在挡水坝段距离坝面0.8 m，分三序施工，最终水平孔距1.5 m，左坝坡灌浆深度深入基岩25 m，坝基处灌浆深度15 m，灌浆范围从桩号0-059.64至0+073.86。第二排灌浆孔与第一排间距为2m，仍采用悬挂式帷幕，孔距、深度同第一排。

2.1.2 F2 、f2、F3断层破碎带处理

根据坝址区综合地质图和地质报告的断层描述，F2在大坝上游延伸长度长度为11 m，断层宽度一般为0.5～1 m，最宽处约2 m；由于物探在上游只做了5个剖面，没有做到275高程，根据物探报告和物探工作布置及成果图推断，f2在上游应为贯通性断层，自大坝至275.0 m高程长度约为162 m,断层及影响带宽度2m；F3在上游也应为贯通性断层，根据“辉县市长岭水库坝址区综合地质图”，F3的延长线与上游275.0m等高线不相交，最高相交的等高线高程为270.0m，综合考虑将F3的延长线与270等高线交点，做为本次初步设计F3断层处理的起始点，该起始点至大坝水平长度为239m，断层破碎带以及影响带宽度约6.0m。

为确保治漏效果，本次设计采用对上述F2、f2、F3三个断层及影响带进行开挖，然后采用混凝土铺盖型式封堵，混凝土铺盖厚度F3采用1.5m，F2、f2采用1.0m，铺盖宽度F2、f2、F3宽度分别为 2.0、2.0、6.0m，铺盖长度分别为 11、162、239m。

2.2 施工设计方案

为了能较好的处理左坝肩破碎带问题，施工图设计前，设计人员和地质人员共同对坝址区地质情况进行了更为详细的察看，并进行了分析。根据河谷对面山坡的断层裂隙方向以及大小等，针对F3在上游的延伸，综合进行分析认为：F3应不是一个贯通上游对面山坡的断层带，在上游被其他断层所切割。采用原设计方案的几个问题：一是由于上游断层情况不明，而断层不一定为直线，覆盖层又很厚，覆盖层开挖工作量会很大，有可能会大大超出设计工程量。二是根据左坝肩及河谷对岸的裂隙、断层情况，F3有可能会被切断，因此漏水的区域位置会与设计情况有较大出入，由此造成的可能不仅仅是覆盖层开挖工程量增加，而是其他的问题。三是左坝肩断层、破碎带与裂隙交错纠缠，很难判断哪个是断层哪个是裂隙，所以才有地质勘察报告关于f2是断层还是裂隙的判断上出现了分歧。按照初设处理方案对断层采用铺盖处理时由于破碎带与裂隙交错将变得很困难，处理面积小很有可能造成铺盖防渗失效，全面积处理会出现工程量的大幅提高。四是初步设计时由于左坝肩断层深度没有探明，初设方案中帷幕深度并没有到达断层底部，属悬挂式帷幕。上游的铺盖一旦不能将全部的漏水通道封闭，本次除险加固工程的治漏效果将大打折扣，大坝左坝肩漏水问题将不能够得到彻底解决。

处理方案：根据地质报告中的地质剖面图，左坝肩基岩第一层为白云质灰岩，从左至右厚度由63～25m，第二层为灰岩，两层皆属寒武系厚层-巨厚层白云质灰岩，倾角为315°＜6°。考虑断层在岩性分界处变化的可能性，项目组经过讨论，认为施工时应首先做先导孔穿过两种岩石的交界线，根据岩心和压水试验，对坝基下部断层的深度进行确定。如果能够确定深度，那么对坝肩仍采用双排帷幕，不需再做上游铺盖，即可解决渗漏问题；如果深度仍不能确定，就仍维持原设计方案，对上游覆盖层进行彻底清除，搞清各断层的分布情况，采用混凝土进行封堵。

2.3 施工变更设计

长岭水库除险加固工程开工后，即对坝基、坝肩及断层进行开挖查验，及时对开挖情况进行记录，对基本地质情况在平面图上进行了标示。

2009年11月10日，大坝下游二道坝基础完成开挖，发现有二个断层存在，其中右端该断层有水渗出，该断层走向指向右坝肩上游。2009年12月8日，溢流坝坝前淤积及挡水坝前风化岩层开挖完成，根据当时对基坑查勘情况，沿左坝肩一直往左，坝前存在大量断层及裂隙；溢流坝靠近右坝肩位置坝基存在一断层，该断层走向指向右坝肩上游山体，在水库无水情况下有水渗出。

2009年12月11日，对开挖的现场进行了地质编录，并绘制了坝前断层平面图，完成了工程区地质图测绘工作。

未开挖前，由于覆盖层较厚或表层岩石风化较严重，许多断层原先未发现，开挖后发现断层较多，仅在左坝肩就有9条断层和2条节理裂隙，断层走向主要为NW，倾向NE，其次为NE，均为高倾角正断层。各断层延伸长度均不长，在断层内一般有粘土和断层角砾岩充填，胶结一般。断层将左坝肩山体切割分块，山体较为破碎，且断层大部分与坝轴线相交。靠近右坝肩库底有一条断层，走向2700，垂直坝轴线。发现坝址区附近岩体有很多断层裂隙等薄弱情况，这些问题很多是在做工程初步设计和施工图设计过程中没有发现的。各断层具体情况断层统计见表1。

表1 断层统计表

开挖基岩面共发现有3个部位有岩溶现象，面积为5～8m2岩溶比较轻微，未发现大的溶洞等溶蚀产物，仅有一些小的不连续的溶洞、溶隙、溶蚀坑等岩溶现象，洞径0.5～0.8m。在这些溶蚀坑、溶洞里充填着粘土。仅在靠近右坝肩坝脚前有一小溶洞，孔口直径5cm,连续向外涌水，在大坝下游二道坝中有一处断裂带处也在往外涌水，从上游断层f12的产状和小溶洞的位置来看，二者有一定的内在联系。

长岭水库坝址区地质地形条件复杂、断层裂隙分布较多，水库漏水成为制约水库发展和效益的主要问题，是本次除险加固工程最主要的任务之一。水库大坝坝址区及两坝肩附近岩体风化严重，多条大的断层贯穿大坝上下游基岩及坝肩。因此，要解决水库漏水问题，必须要查清库区、坝址区及坝肩的地质要素分布情况，然后根据具体情况采取针对措施进行有效处理。

根据前述的地质情况经分析认为，断层f12和小溶洞与二道坝的右端断层存在关联，贯通大坝上下游，形成渗漏通道。根据右坝肩现场情况和工程施工期间当地群众介绍，水库蓄水期间右坝肩漏水严重，并伴有漩涡现象，以及当地曾参加水库施工的群众介绍，右坝肩上游存在有溶洞，儿时曾钻进去过现象。认为在大坝的右坝肩存在着渗漏隐患。

通过坝前的开挖、二道坝的开挖，以及先导孔的钻孔灌浆资料，可以发现坝址区的实际地质情况比原地质勘查报告更复杂，面积、范围更广，深度更深，因此需对原大坝防渗体系设计进行设计修改，增加右坝肩以及左坝肩灌浆长度及深度，方可形成完整的防渗体系。有效地阻断渗漏通道。

针对坝址区断层、裂隙范围、深度都超出了原地址勘察报告的情况，本次处理的方法采用扩大帷幕灌浆范围，加大孔深，以期能与上游防渗铺盖搭接的方法进行处理。

处理方案如下：考虑左坝肩附近岩体破碎及断层裂隙分布密集的情况，为了对左坝肩进行彻底的防渗处理，设计将灌浆孔沿坝轴线方向向外延伸，比原设计增加24个孔，灌浆范围至左坝头外15m，使孔底高程至223m，共计灌浆长度1267.65m，设检查孔3个，孔深共计156.01m。根据基础开挖情况，针对右坝肩附近断层，将右侧坝基灌浆范围向右延伸，延伸14个孔跨过f12至右坝肩附近，考虑设计灌浆孔孔底高程223 m，共计灌浆长度227.36 m，设检查孔1个，孔深16.24 m。根据开挖情况右坝肩端部基岩情况较好，因此端部不再进行帷幕；对于右坝肩上游断层及溶洞进行灌浆处理，灌浆沿道路方向向上游延伸52 m，单排孔，孔深至库底高程下15 m（即223 m高程），设计孔深56 m，共计布孔35孔，灌浆长度1960 m，设置检查孔4个，共计孔深224 m。原设计双排灌浆孔（1～40#）由原设计孔底高程加深至223.00 m高程，共计增加孔深747.34 m，相应检查孔增加132.4 m。

3.施工情况

长岭水库防渗工程基本按照上述最终变更方案进行实施，实施过程中，发现右坝肩上游段钻孔取芯较完整，岩石多为弱风化，灌浆吃浆量很小，经与业主研究，停止了继续灌浆。

F3断层按照初步设计方案进行了开挖，并用混凝土进行了回填。f2断层位于坝前，由于淤积土厚度很大，开挖会严重影响工程施工进度，并且现场开挖可以看到大坝初建时以用浆砌石进行过封堵，经与业主研究后，未对f2断层上游进行开挖回填封堵。

4.加固效果

2010年8月19日，工程接近完工时，一场大雨，水库在几小时内蓄满溢洪，溢洪时间长达一个多月。12月我们专程到水库对防渗效果进行调查，大坝左坝肩原有渗漏点均未发现渗漏现象，左侧山体没有湿润情况；大坝坝体有渗水现象，高程基本发生在灌浆平台高度；大坝右坝肩坝体与岩体接触面存在渗漏现象。经调查，水库高水位最大日总渗漏量比加固前渗漏量减少了约80%，防渗处理取得了较好的效果，但仍存在漏水问题。

2011年4月往年为干库的长岭水库，在抗旱应急时实施灌溉引水200余万m3；2011年汛期水库来水较少，水库未蓄满，引水灌溉100余万m3。水库加固2年来，取得了较好的灌溉效益。

5.小结

一是长岭水库的地质情况非常复杂，进行了2次勘探，并进行物探工作，但最后的结果与实际开挖情况仍有较大出入，说明了石灰岩地区地质复杂性，地质报告不是万能的，也有局限性，它只是我们的一个依据，一个参考，设计时要消化吸收，还要充分考虑其他因素的影响。二是右坝肩漏水问题说明，仅靠混凝土的粘聚力防渗是不可靠的，仍需要进行防渗处理。三是设计人员只有通过设计、施工和结果比较才能发现问题，找到自己的不足，提高自己的水平。