麻沟水库库首右岸喀斯特岩溶段防渗帷幕设计浅析

陈勇（贵州省水利水电勘测设计研究院贵州贵阳550002）

麻沟水库库首右岸喀斯特岩溶段防渗帷幕设计浅析

陈勇
（贵州省水利水电勘测设计研究院贵州贵阳550002）

如何有效的针对喀斯特岩溶地基进行防渗帷幕设计，防止水库渗漏，对喀斯特地区水利水电工程有着重要的意义。本文通过对麻沟水库右岸地质情况进行分析，根据坝基和帷幕先导孔的施工，揭露了坝区存在的地质问题，在查明帷幕地质现状的前提下，对原帷幕设计进行了必要的修正和调整，以期为类似案例提供借鉴。

水利工程施工；喀斯特地基；防渗帷幕；灌浆施工；设计调整

1　地质概况

麻沟水库库盆和坝址位于麻沟向斜紧密褶皱带内，次生褶皱、断裂发育，岩层产状多变，主要构造有：

（1）黄石窝断层（F1）：主要分布在右坝肩，断层走向N60°～80°，倾角SE，倾角70° ～80°，压性，断层带宽1.5m～2m，断层泥质充填，影响带宽5m～20m。

（2）麻沟断层（F2）：从坝址河床中部穿过，沿坝址河床近EW向展布，倾角N，倾角60° ～70°，压性，断层带宽1.5m～2m，断层角砾充填，角砾粒径0.2cm～10cm，钙质胶结，影响带宽3m～5m。右岸主要发育有2组陡倾角裂隙，①N40°～50°E/NW∠70°～80°；②N80°～85°E/NW∠60°～70°，两组均显压性，延伸长3m～10m，两组裂隙交错发育，形成溶沟溶槽。

麻沟水库右岸喀斯特工程地质条件异常复杂，喀斯特渗漏对水库的蓄水影响大，渗漏形式为喀斯特管道型和溶隙分散性，必须重视其对成库条件的影响。在帷幕设计中，要针对勘察的不同阶段，应用合理的勘探手段，对勘探手段和投入勘探工作量进行合理选择。

2　水库地质分析

外业地质工作重点对喀斯特发育条件和特点进行有效的调查和分析，为保证帷幕灌浆设计的合理性，设计人员首先开展了地质外业钻探工作，重点分析外业工程资料，了解其地质问题，能够针对其施工图纸，进行喀斯特岩溶调查，详细分析地下水和透水性等，具体内容如下：

2.1喀斯特岩溶调查

（1）通过外业调查分析，对水库右岸起控制作用的构造断裂主要有黄石窝断层（F1）和麻沟断层（F2）。

（2）现场调查发现右岸河床有S5泉点出露，库尾右岸料场泉点S4分布，泉眼的存在充分体现喀斯特岩溶通道的一系列特征，为此设计人员要深入了解地下水的流向和高程分布［1］。

（3）设计人员要明确水库内部的落水洞与水库外部的泉点，在库尾右岸料场泉点S4处落水洞示踪试验，示踪物在河床S5泉点出现，初步判定右岸副坝低矮垭口存在渗漏通道。

2.2地下水调查

为了准确判断水库右岸渗漏通道，设计人员对工程坝址区地下水分水岭的地下水情况进行了详细调查，包括地下水位、地下分水岭的位置等。根据两坝肩钻孔水位观测资料，两岸地下水高于河水位，为补给型河床，左岸地下水比降5.2%，右岸地下水比降13.2%。

2.3透水性试验

通常采用压水试验来取得岩体的透水性，分析是否进行防渗帷幕设计，其试验结果的表征方式通常用“数量”型单位，称为透水率q，其单位用Lu（吕荣）值来表示。根据主坝坝址河心钻孔资料，钻孔压水透水性小于5Lu。副坝钻孔压水资料显示，地表浅部强风风带岩体透水率较大≥10Lu，弱风化以下岩体透水率q≤5Lu，这为帷幕灌浆设计提供了可靠的依据［2］。

2.4库首渗漏分析

库首由于受黄石窝断层、麻沟断层切割，隔水层被错断，形成构造缺口；河床麻沟断层（F2）的存在，存在向下游渗漏的可能。右坝肩除了要解决副坝低矮垭口的渗漏问题，还应重视黄石窝断层（F1）渗漏问题。

3　库首右岸防渗帷幕设计

麻沟水库右岸存在低矮垭口和渗漏通道，初步设计和施工图设计阶段均采用技术性、可靠性较强的帷幕灌浆方案，以封堵喀斯特渗漏通道及溶隙的分散性通道，提高库内地下水位，达到水库正常蓄水的目的，帷幕设计的内容包括帷幕线位置、帷幕设计深度、帷幕灌浆工艺和参数等［3］。

3.1帷幕线位置选择

在设计勘察中发现，水库右岸的地形具有较大起伏，并存有低矮垭口，在进行帷幕设计中，要认真比对。如果在设计运作中想要节省工程量，需要参考当地的地质情况，将帷幕设置在可能出现渗漏的位置，平面上垂直于地下水方向布设，见图1。右岸防渗经副坝垭口，横穿黄石窝断层（F1），端点接黄石窝断层NW翼相对完整的T1y3相对隔水层。

3.2帷幕设计深度

水库右岸出露地层岩性较为均匀，产状平缓，厚度在100m以上，且无可靠的隔水层分布，因此，采用悬挂式帷幕。帷幕深度根据勘探孔查明的地下水位确定，帷幕深度以岩体单位吸水量q=5Lu等值线以下15m作为帷幕的第界，端点按正常水位与地下水位的交点作控制。

3.3帷幕灌浆工艺和参数

由于水库右岸具有喀斯特管道型和溶隙分散性的渗漏特征，故根据不同的渗漏形式采用不同的灌浆工艺和参数。

设计人员要明确水库右岸的喀斯特管道类型，以及溶隙分散性的特征，通过不同形式的渗漏，选取最适合的参数进行比对［4］。

（1）在水库右岸，针对渗漏选取孔距为3m单排帷幕，那么要保证麻沟和黄石窝断层在适当的位置，并利用孔距为3m和排距为2m的双排帷幕。帷幕的灌浆需要按照合理的排序进行，首先是双排帷幕，其次是下游排，再次是上游排施工，最后进行正式帷幕灌浆。在此之前，设计人员要保证先导孔施工，并查明地质情况，为帷幕设计奠定较好的基础。

（2）帷幕灌浆的方法，主要选取自上而下的分段灌注法。段长为5.0m，对特殊地段应缩短段长进行专门处理，保证灌浆效果。

（3）帷幕灌浆压力按实际水头压力的2倍考虑，根据钻孔资料初拟帷幕起始段灌浆压力为0.7MPa，孔底段为1.0MPa～1.2MPa。

（5）灌浆材料以P.O42.5普通硅酸盐水泥为主，对大的溶隙、溶沟、溶槽、溶洞可掺入粉煤灰或砂石骨料。

4　施工过程中揭露的地质条件及防渗帷幕灌浆调整

4.1施工揭露的地质条件

麻沟水库通过主坝坝基、副坝坝基、右岸帷幕先导孔实施情况，揭露了较多的工程地质及水文地质信息，阐述如下：

（1）主坝坝基

开挖揭露在右坝基偏上游侧岸坡有一泉眼（S5）出露，泉水出流较大，汛期3L/s～5L/s，枯季0.8L/s～0.9 L/s，经在S4露天泉眼进行连通试验，荧光粉从S5泉眼流出。再加之主坝右岸坡趾板坝基1008.0m高程揭露出F断层，断层内有水渗出。

（2）副坝坝基

开挖揭露趾板溶蚀槽谷发育，在实施过程中，ZK9、ZK16和ZK20孔趾板下部发现2.4m～3.2m的溶洞空腔，深度在趾板以下6m～14m。为查明坝基隐伏溶洞，在副坝基础区进行了地质雷达勘探测试，探测结果显示在不同深度、不同位置均分布有单个孤立溶洞，溶洞规模较小，埋深较浅［5］。经在副坝垭口作连通试验，荧光粉在主坝基坑S5泉眼流出，由此判断副坝垭口深部存在渗漏通道。

（3）右岸帷幕先导孔实施情况

根据右岸先导孔373#、398#孔资料显示，两先导孔地下水位均较低，存在地下水位低槽带，通过在先导孔398#孔内采用注水投荧光粉跟踪试验，荧光粉在主坝基坑流出，初步判定右岸沿T1y3-4灰岩地层存在向主坝泉点渗漏的岩溶通道。

4.2防渗帷幕灌浆调整

通过右岸先导孔施工、主坝和副坝坝基开挖揭露，以及采用荧光粉跟踪试验和地质雷达勘探，表明右岸实际地质条件较帷幕设计时所获取的资料有较大的差异，为封闭岩溶管道，需对原帷幕灌浆设计作出调整，具体为：

（1）为截断主坝右岸趾板基础F断层渗水，将防渗帷幕190#孔至241#孔段灌浆孔由原单排孔调整为双排，帷幕下限不变。

（2）副坝坝基下部存在岩溶渗漏通道，为截断溶渗漏通道，将防渗帷幕289#孔至331#孔段灌浆孔由单排孔调整为双排，同时加深灌浆孔。

（3）鉴于先导孔398#孔存在地下水位低槽带，故对渗帷幕灌浆端点进行延伸，横向截断T1y3-4灰岩，同时在右岸泉点S4出露处（环湖路附近）增加一排防渗帷幕，以期达到多层阻隔，封闭岩溶通道。

通过以上帷幕灌浆调整处理后，再次在泉点S4采取堵水连通试验，未见荧光粉从主坝基坑渗出，实测泉点S5渗水量也由原来的枯季0.8L/s～0.9L/s减小为0.1L/s，防渗效果明显。

图1　右岸防渗帷幕布置示意图

5　结语

（1）麻沟水库右岸喀斯特工程地质条件异常复杂，喀斯特渗漏对水库的蓄水影响大，渗漏形式为喀斯特管道型和溶隙分散性，必须重视其对成库条件的影响。

（2）麻沟水库在帷幕设计中，需要掌握勘探技术，并在勘察的不同阶段，应用合理的勘探手段。在实际工作中，勘探手段和投入勘探工作量的选择，对工程区有着明显的影响，所以，设计人员要充分利用施工阶段揭露的地质条件修正、优化和调整帷幕设计，这对确保岩溶地区防渗帷幕灌浆质量和防渗效果至关重要。

（3）帷幕灌浆经设计调整后，水库已下闸蓄水，经观测主要可疑渗漏带未见渗漏，水库初期运行良好，帷幕灌浆达到预期效果。陕西水利

［1］张关.贵州省铜仁市天生桥水电站防渗帷幕设计及优化［J］.人民珠江，2009，01: 44-46.

［2］杨强，龚登峰.黄花寨水电站右岸喀斯特渗漏问题研究［J］.贵州水力发电，2009，06: 18-21.

［3］石佳，刘勇.花溪水库扩建加高工程右岸喀斯特洞穴防渗堵漏处理措施及效果分析［J］.贵州水力发电，2009，06:58-61.

［4］郑克勋，张国军.窄巷口水电站左岸防渗线喀斯特渗漏管道探测研究［J］.贵州水力发电，2012，02:10-11.

［5］肖万春.水库岩溶渗漏勘察技术要点与方法研究［J］.水力发电，2008，07:52-55.

（责任编辑：畅妮）

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