贵州省盘县团结水库渗漏分析及处理

苏贵红，王银军

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002)

1 工程概况

团结水库位于盘县柏果镇的铜厂沟村境内，距盘县县城47 km，有公路直通库区附近，交通较为便利。水库位于珠江流域北盘江水系大水沟支流河上，坝址以上流域集水面积为4.25 km2，多年平均流量为0.059 m3/s，大坝为三合土砌石重力坝，最大坝高20.70 m，坝顶宽为3.7 m，坝顶高程为1 988 m，正常蓄水位(1 987.15 m)以下库容 43.2 万 m3，为小(2)型水库，工程主要以灌溉、供水为主。水库自1975年12月建成蓄水后，随即发现库首渗漏严重，两岸库水明显向山体补给，右岸河床一带有明显“漩涡”。水库漏空后检查发现，库首两岸可溶岩分布地段，构造裂隙发育，库水沿裂隙向两岸山体渗漏，库底右岸发现直径约1.5 m左右的渗漏塌坑(K1溶洞)。针对K1溶洞，采用扩挖后用石灰黄泥填筑夯实处理;对两岸坡采用浆砌块石覆盖处理，连续处理两年后，水库依旧渗漏严重，在K1渗漏塌坑附近出现了新的渗漏塌坑(K2)，以致水库至今一直未能正常蓄水。2010年水库安全复核评价结论如下:大坝防洪安全、结构安全、渗流安全、金属结构安全均为C级，水库大坝属三类坝，需要进行除险加固。

2 水库区工程地质概况

2.1 地形地貌

水库位于山盆期剥夷面上，地势较高，水库洄水长约0.6 km，地形封闭，无低垭口，两岸山体宽厚，山体高程均在2 010 m以上;左、右岸存在低邻谷，左岸低邻谷高程为1 975 m左右，邻谷间分布地层为P2q1碎屑岩;右岸低邻谷为拖长江，河面高程为1 520 m左右，邻谷为C2hn、C3mp、P2q2、P2m 碳酸盐岩与 P2q1碎屑岩、P3β 火成岩相间分布。碳酸盐岩出露区，洼地、落水洞等发育，形成峰丛、峰林洼地、谷地。火成岩、碎屑岩出露区由于风化强烈，受地表水冲刷严重，沟谷纵横[1－2]。水库两岸碎屑岩分布区松林生长茂密，库首及水库右岸碳酸盐岩、火成岩分布区多为灌木，森林覆盖率低。

2.2 地层岩性

库内出露地层为二叠系中统栖霞组第一段(P2q1)灰白、黄褐色中厚层石英砂岩夹黄、灰黑色页岩、砂质页岩、炭质页岩及薄煤层，厚80～187 m，主要分布在库盆以及水库左岸。栖霞组第二段(P2q2)上部深灰色或浅灰色块状灰岩、浅灰色厚层斑块状白云岩质灰岩，下部灰、灰黑色中厚层灰岩夹黑色页片状泥灰岩，厚99～228 m，主要分布在库首以及水库右岸。第四系(Q)冲洪积砂砾石、崩塌堆积体以及粘土夹碎石等，厚0～30 m，主要分布在缓坡、库盆以及冲沟底部。

2.3 地质构造

水库东南侧发育大水沟断层(F6)，北北东向，逆断层，断距30～50 m，延伸7～10 km。水库西北侧发育铜厂沟断层(F3)，北北东向，逆断层，断距50～100 m，延伸13 km。水库位于两断层挟持带上，受其影响，库区附近还发育有F4、F5两条次级断层，其延伸1.0～1.5 km，断距5～10 m。受断层影响，岩层产状存在变化，为74°～115°∠32°～35°，沟谷总体上呈横向谷。

3 岩溶、水文地质条件

3.1 岩溶

库区碳酸盐岩主要分布于库首及水库右岸，为P2q2块状灰岩、厚层斑块状白云质灰岩。据调查，库区内发育落水洞、溶洞共6个，洼地1个，均位于库首右岸、断层F5附近。除溶洞K4洞口出露高程为2 005.6 m 高于正常蓄水位外，其余 K1、K2、K3、K5、K6洞口出露高程分别为 1 978.3 m、1 978.3 m、1 988.9 m、1 979.1 m及1 978.9 m，均低于正常蓄水位(1 987.15 m)或位于其附近。此外，据观察F5断层带上发育的K4溶洞在冬季阴雨天向洞外冒雾气，说明该溶洞发育很深。因此，推测沿F5断层发育有岩溶管道，该管道与沿F6断层发育的岩溶管道相连。地表还发育溶沟、溶槽以及石芽等。岩溶强发育。

3.2 水文地质条件

库区分布的大部分地层为P2q1灰白、黄褐色中厚层石英砂岩夹黄、灰黑色页岩、砂质页岩、炭质页岩及薄煤层，厚80～187 m;仅库首及水库右岸分布P2q2块状灰岩、厚层斑块状白云质灰岩。其中，P2q1地层为相对隔水层，其厚度＞80 m，隔水性能可靠;P2q2地层落水洞、溶洞、洼地等岩溶发育，为强岩溶透水层。

据调查，水库周围碎屑岩分布区泉点出露较多，为侵蚀型泉水。库区左岸以及右岸靠库岸的地下水以大水沟为相对排泄基准面，右岸稍远离库岸的地下水以拖长江(河水位高程1 520 m)为相对排泄基准面。

区内地下水主要分为基岩裂隙水、岩溶水以及孔隙水。

(1)基岩裂隙水:主要分布于水库左岸、上游以及右岸靠库尾的P2q1碎屑岩、P3β火成岩出露区，接受大气降水补给，通过基岩裂隙径流，多排泄于大水沟冲沟底部附近，其特点是埋藏浅，水量小，径流短。

(2)岩溶水:主要分布在库首及水库右岸P2q2碳酸盐岩出露区，通过基岩裂隙、岩溶裂隙、落水洞等通道接受大气降水补给，汇流于岩溶管道、洞穴等，排泄于拖长江，其特点是埋藏深，水量大，径流远。

(3)孔隙水:主要赋存在覆盖层内，分布广泛，尤以火成岩、碎屑岩分布区以及冲沟底部最为丰富，通过覆盖层孔隙接受大气降水补给，通过孔隙径流，排泄于低洼地带，其特点是埋藏浅，水量小，径流短。

4 水库渗漏

水库正常蓄水位高程1 987.15 m，正常蓄水位以下大部分库盆分布地层为P2q1灰白、黄褐色中厚层石英砂岩夹黄、灰黑色页岩、砂质页岩、炭质页岩及薄煤层，仅库首及右库首至大岩脚一带分布P2q2深灰色或浅灰色块状灰岩、浅灰色厚层斑块状白云岩质灰岩。岩层产状 74°～115°∠32°～35°，总体倾下游;在库首一带，P2q1碎屑岩下伏于P2q2碳酸盐岩之下。

据调查(见图1)，库内P2q1碎屑岩为相对隔水层，分布区地下水出露较多，且出露位置较高，补给水库，其隔水能力可靠;库首及右库首至大岩脚一带分布的P2q2碳酸盐岩为强岩溶透水层，分布区地表没有地下水出露迹象，地表落水洞、溶洞、洼地等岩溶发育。水库渗漏带主要位于库首及右库首—大岩脚一带，其理由有三:①右库首一带P2q1碎屑岩与P2q2碳酸盐岩相接触，同时，断层F5穿越水库库盆及右坝肩，与右坝肩直线距离约80 m，断层为正断层，破碎带宽2～4 m，影响带宽30～50 m。受地层接触关系以及断层影响，库首右岸、断层带附近发育6个落水洞(溶洞)，除溶洞K4洞口出露高程为2 005.6 m，高于正常蓄水位外，其余K1、K2、K3、K5、K6 洞口出露高程分别为1 978.3 m、1 978.3 m、1 988.9 m、1 979.1 m 及1 978.9 m，均低于正常蓄水位(1 987.15 m)或位于其附近(见图1)。②右库首一带地下水位较低，据该位置水文孔ZK4、ZK5水位观测，其水位高程分别为1 956.3 m、1 950.7 m，均低于水库库盆高程1 978 m。③右岸库首一带岩体破碎，据库首右岸的钻孔ZK4、ZK5共进行的18段压(注)水试验[3]结果看，其注水达6段，占总压(注)水试验的33%，压(注)水试验透水率＞3 Lu占总压(注)水试验的44%，均位于1 957 m高程以上。由此可见，库首右岸在1 957 m高程以上岩体破碎，透水能力强。

图1 库区水文地质图Fig.1 The hydrologic geological map of reservoir area

因此，库水通过 K1、K2、K3、K5、K6 等落水洞、溶洞以及裂隙等渗漏，然后沿F5断层及地层接触带发育的岩溶管道汇于沿F6断层发育的推测岩溶管道向水库下游远处排泄，水库库首一带存在严重的岩溶管道渗漏、裂隙渗漏问题。由于水库库区与低邻谷间存在厚度巨大的相对隔水层，水库无向两岸低邻谷渗漏问题。

5 防渗处理方案

5.1 原防渗方案

图2 防渗剖面图Fig.2 The section of seepage prevention

水库库首一带存在严重的岩溶管道渗漏、裂隙渗漏问题及绕坝基(肩)渗漏问题。水库防渗主要针对库首及坝基(肩)进行。由于水库渗漏边界明朗，渗漏范围小，同时，水库岩溶呈管道型渗漏、裂隙型渗漏等多种渗漏形式存在，渗漏严重。因此，建议采取堵(堵洞)、铺(铺膜)、灌(灌浆)相结合的方法进行防渗[4]。对大的落水洞进行封堵，再用土工膜对裂隙、小溶洞、小溶孔发育带进行铺盖，最后对渗漏带进行帷幕灌浆。

防渗帷幕采取全帷幕形式，以下伏的P2q1碎屑岩作为防渗底界，两端接正常蓄水位与碎屑岩的交点，防渗边界明晰。两边界为正常蓄水位(1 987.15)与P2q1砂泥岩交点，底界以压水试验吕荣值≤3 Lu，同时深入泥岩5 m控制(见图2)。左岸帷幕长115.00 m，大坝段帷幕长66.08 m，右岸帷幕长321.54 m，帷幕总长502.62 m，防渗总面积约 16 737 m2。

5.2 施工揭露及防渗方案调整

水库于2012年对防渗工作施工，在右岸长320 m帷幕线上，共揭露大大小小溶洞19个，平均100 m帷幕线约发育6个溶洞，溶洞均沿SE方向裂隙溶蚀扩大而成，溶洞大体呈椭圆状，短轴向长约3～90 cm，长轴向长约45～300 cm不等，大多无充填，发育可见深度＞3 m。帷幕线上共施工了8个先导孔，共作了50段压水试验，其中5段岩体透水率10.5～28.5 Lu，占10%;其余45段只能作注水试验，占90%。以上揭露情况说明，沿帷幕线灰岩段岩溶发育，岩体透水率较大，若按常规对灰岩段作灌浆处理，其耗灰量将大量增加，且防渗质量难以保证。鉴于以上情况，设计对防渗方案作调整，对岸坡灰岩岩溶发育、透水率大的地段，采用土工膜铺盖防渗;对库底砂泥岩分布段采用灌浆处理，防渗底界以深入弱风化岩体5 m控制。帷幕总长411 m，防渗面积约11 260 m2;铺盖防渗面积约6 596 m2。

6 防渗处理效果

施工中对已发现的三个渗漏点K1、K2、K5采用扩挖清洗后，浇筑C15埋石砼封堵，地表用C15Φ16@200钢筋砼铺盖。施工中使用复合土工膜10 680.51 m2，土石夯实回填46 174.35 m3，粘土回填4 439.39 m3，粗砂垫层 970.88 m3，C15 砼预制板 776.70 m3，淤泥开挖18 554.11 m3，帷幕灌浆 2 069.4 m。

本工程于2014年5月20日全部竣工 ，目前水位已蓄至1 979.2 m。改变了过去水库“白天装太阳，晚上装月亮”的局面。

7 结束语

团结水库所处地理位置较高，对下游灌溉、供水均采用自流方式，经济效益好。本次工作中，查明了水库渗漏方式、渗漏途径，结合施工揭露情况，对防渗方案做了及时调整，防渗取得了很好效果。但水库岩溶水文地质条件复杂、地表集水面积小、基流小，对水库防渗处理要求高。帷幕稳定性、土工膜变形、老化等对水库蓄水影响较大，必须作长期观测，发现问题及时处理。

[1] 彭土标，袁建新，王恵明，等.水力发电工程地质手册[M].北京:中国水利水电出版社，2011.

[2] 王大纯，张人权，史毅红.水文地质学基础[M].北京:地质出版社，1986:7－9.

[3] 地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究队.供水水文地质手册[M].北京:地质出版社，1978:706－708.

[4] 付彦，王颖，张静秋.红兴水库渗漏原因分析及防渗措施研究[J].黑龙江水专学报，2006(4):55－58.