清镇市燕尾水库渗漏分析及防渗设计分析

2016-04-08吴位钊

陕西水利 2016年5期

关键词：溶岩库水蓄水位

吴位钊　魏　潇

（贵阳市水利水电勘测设计研究院贵州贵阳550002）

清镇市燕尾水库渗漏分析及防渗设计分析

吴位钊魏潇

（贵阳市水利水电勘测设计研究院贵州贵阳550002）

受地层岩性及断层构造影响，清镇市燕尾水库水文地质条件较复杂。本文通过对水库库尾、邻谷、库首进行渗漏分析，根据左、右岸及库首水文地质特征，提出处理意见及防渗设计方案，并对库首煤窑采空防渗和地质缺陷提出了工程处理措施，以期为类似案例提供借鉴。

清镇燕尾水库；渗漏分析；煤窑采空；防渗设计；处理措施

1　工程概况

清镇市燕尾水库位于贵阳市清镇市站街镇东南侧的赵五寨村境内，距清镇市区约11.4km。该水库以清镇职教城供水为主，同时作为清镇市应急保障水源的综合水利工程。大坝坝型为重力坝，最大坝高32m，坝址以上流域集水面积为25.9km2，正常蓄水位高程为1242m，正常蓄水位以下库容159万m3，工程等级为Ⅳ级，工程规模为小（1）型。库区河谷为纵向谷，左岸及库首为可溶岩与非可溶岩互层或夹层，右岸以强可溶岩为主，岩溶形态发育，加上库首地质条件较复杂，故形成了可溶岩地层与库首断层及采空贯穿分布的渗漏通道。所以，渗漏及大坝基础地质缺陷处理成为该水库建坝成库的主要水文与工程地质问题。

2　水库区基本地质条件

2.1地形地貌

库区处于长江流域乌江水系猫跳河一级支流长冲河中游，河流总体由北东流向南西，并于库首段转向南东。库区河段地势总体北高南低，两岸峰顶高程多在1300m以上，河床高程1219m～1249m，相对高差70m以上。两岸坡冲沟发育，坡度多在15°以上，局部为陡壁。由于河谷切割深度不大，且受河流蜿蜒曲折影响，库首段位于河湾地块上，近库首左岸北东侧存在大冲冲沟邻谷，冲沟沟底高程1224m～1250m；近库首右岸南东侧存在羊昌坝冲沟邻谷，冲沟沟底高程在1222m～1240m，库首山脊峰顶高程在1267m以上。所以，除库首地形较单薄且存在低邻垭口外，大部分山体较雄厚。

库段河流较平缓，平均比降为0.92%，谷底宽7m～50m，河流切割浅，呈较对称的浅切宽缓“V”型河谷。河谷两岸阶地较发育，分布少量河床冲积形成的漫滩，形成以低中山溶蚀—侵蚀地貌为主，河谷及阶地地貌次之的地貌类型。

2.2地层岩性

库区内及两岸出露地层主要为二叠系下统梁山组（P1L）及栖霞、茅口组（P1q+m），上统龙潭组（P2L）及第四系（Q）。岩性由分布于右岸的P1L之石英砂岩夹粘土岩等非可溶岩，及P1q+m之灰岩、白云质灰岩等可溶岩；分布于左岸及库首的P2L之燧石灰岩等可溶岩与硅质岩、粉砂质泥岩、炭质页岩、煤等非可溶岩互层或夹层组合而成。其中可溶岩约占地层总厚度的80%。

2.3地质构造

库区大地构造处于贵阳复杂构造变形区（Ⅰ1A3），为黔北和黔南不同构造变形面貌的过渡地带中段。区内断裂褶皱发育，其构造形迹以挤压型的北东向为主，部分因受后期改造而偏转呈东西向或北西向，地质构造复杂。与库区有关的构造主要有柿花树向斜、破岩断层、柿花树断层及林东断层，旁侧多见小褶曲及派生的小断层（如f3断层）。

2.4岩溶水文地质

库区河谷总体为纵向谷，库首因受构造影响为近横向谷。库区P1q+m及P2l之可溶岩岩溶多平行于构造线发育，富水性很强，为强岩溶含水层。P1L及P2L之碎屑非可溶岩，富水性弱，为弱透水层。

受岩溶地质条件控制，右岸地下水为岩溶管道水或溶蚀裂隙水，左岸及库首地下水以基岩裂隙水、溶隙水为主，两岸地下水排泄于最低基准面长冲河内。据调查及钻孔揭示，两岸地下水均高于河水，河谷水动力条件属补给型。但右岸岩溶发育，且受林东冲沟切割及岩层走向控制；库首受单薄河湾地块、煤窑采空等影响，而导致地下水呈低、平之特点。左岸冲沟出露泉点较高且流量稳定，地下水分水岭高且水力坡降大。

3　水库渗漏分析

3.1库尾渗漏分析

库尾见KS2岩溶大泉（高程1242.5m）及流量较小的常流泉水补给库水，出露高程均高于水库正常蓄水位，为地下水补给库水。加上库尾无低于低矮邻谷存在，故水库在正常蓄水位下不会产生库尾渗漏问题。

3.2左岸渗漏分析

左岸邻谷大冲冲沟与水库河谷相距0.3km～0.9km，山体总体较雄厚，库首段较单薄，大冲冲沟沟底高程1227m～1250m。左岸地层岩性为P2l之碳酸盐岩与碎屑岩兼层或夹层弱透水层。库岸冲沟及大冲冲沟库区侧多有常流泉点出露，高程多高于正常蓄水位，枯季流量稳定。故判定左岸地下分水岭宽厚，且高于水库正常蓄水位，库水向大冲冲沟邻谷产生渗漏的可能性小。

3.3右岸渗漏分析

右岸邻谷羊昌坝冲沟与水库河谷相距0.3km～0.6km，山体较雄厚，羊昌坝冲沟沟底高程1223m～1250m。右岸地层岩性主要以P1q+m之碳酸盐岩强透水层为主，P2l之碳酸盐岩与碎屑岩兼层或夹层弱透水层次之。受右库岸地下盲谷影响，岸坡冲沟少有泉点发育，近库首右岸林东冲沟内发育有KS3岩溶泉水，出露高程1242.3m，与库尾KS2岩溶大泉出露高程基本持平，均略高于正常蓄水位，流量大且稳定。经库区岩溶管道调查及连通试验分析，KS3岩溶泉水主要受白泥坝岩溶管道及兔长坡岩溶管道补给而最终汇入库区。加上右岸兔长坡附近KW77洼地内ZK5钻孔揭露其地下水高程为1251.5m，均高于水库正常蓄水位及KS3岩溶泉水。故基本判定右岸坡地下分水岭低平，但略高于水库正常蓄水位，库水向羊昌坝冲沟邻谷产生渗漏的可能性小。

3.4库首渗漏分析

库首河谷为近横向谷，岩层倾下游，倾角20°～40°。地层岩性主要为P2l之燧石灰岩与碎屑岩兼层，岩溶弱发育。

（1）库首左岸外侧平行大坝分布大冲冲沟低邻谷，低于水库正常蓄水位约17m。据钻孔压水资料，强风化及弱风化中上部岩体大多难以加压，其透水性较强；弱风化中下部至微风化岩体透水性弱，q≤6Lu。受派生f3断层构造影响及局部燧石灰岩可溶岩控制，部分岸坡地下水直接通过微小岩溶管道或溶蚀裂隙补给河水，左坝肩ZK6钻孔揭示地下水位低平。故库水存在绕左坝肩产生渗漏的问题。

（2）河床河心ZK9、ZK10两个钻孔均遇承压水，ZK11钻孔水位与河床水位基本持平。故判定坝址河床不存在悬拖河情况，库水在近坝河段通过可溶岩向下游产生深层渗漏的可能性小。但存在绕坝基浅部基岩产生渗漏的问题。

（3）库首右岸为一河湾地块，玄长约600m，地形较破碎，外侧平行大坝分布羊昌坝冲沟低邻谷，低于水库正常蓄水位约20m。据钻孔压水资料，强风化及弱风化中上部岩体大多难以加压，其透水性强；弱风化中下部至微风化岩体透水性弱，q≤5Lu。据右岸ZK13及ZK14钻孔揭示地下水位均高于河水位而低于水库正常蓄水位。加上库首右岸受构造影响，岩体风化较深较强烈，溶蚀裂隙、小型溶管现象较发育。库水存在绕库首右岸产生渗漏的问题。

（4）库首采空渗漏

经调查，坝区采空为当地村民于20世纪末自采小煤窑产生，洞口分布高程1222.1m～1241.8m，多为无序开采，深度十几米至百余米不等，煤窑已被关停多年，洞口多垮塌或被封堵。

水库蓄水后将导致库水入渗、径流、排泄而渗漏。主要表现以下三个特征：①入渗岩体发育的裂隙、人为采煤通道、非连续零乱挖空区、冒落松动区等均为库水较通畅入渗、径流通道，成为煤窑的充水水源，而产生渗漏；②无序采煤破坏煤系地层隔水完整性、地下分水岭连续性；③两岸地下分水岭地带，煤窑采空无规则，存在渗漏泄水量随库水升降而加减的问题。常年蓄水，采煤产生的移动盆地因水动力作用进一步恶化，渗漏径流通道被侵蚀通畅化，从而将导致库水渗漏量增大。

水库蓄水后，产生渗漏的重点部位为库首坝基（肩）及近坝库岸的绕坝渗漏及采空渗漏。

4　水库防渗设计及地质缺陷处理

4.1防渗方案设计

经上述分析知，水库库尾、库腰一带产生渗漏的可能性小，库首两岸及坝基存在渗漏问题，需对采空进行回填封堵，并采用帷幕灌浆进行防渗处理。

为切断库水与下游河床及邻谷的水力联系，库首两岸帷幕灌浆接P2L之碎屑非可溶岩为端点，且满足正常蓄水位与地下水位交点外延20m；库首右岸帷幕端点须穿过河湾地块、断层及P1m地层。帷幕线长1355m。库首两岸因无连续分布的相对隔水层，故为悬帷幕，帷幕底界接至地下水位以下10m～15m，且压水试验吕荣值连续三段小于5Lu来控制。采用单排布孔，孔距2m～3m。防渗帷幕灌浆总进尺27547m，其中有效进尺12228m。煤窑采空回填封堵量1030m3。

4.2地质缺陷处理

（1）对坝基开挖揭示的裂缝、断层、软弱夹层、破碎石带等不良地质缺陷可采取同强度等级的混凝土置换处理；

（2）对库首煤窑采空区采取C20混凝土进行回填封堵；

（3）基岩体接触带是加强渗流稳定重点地带，对于碎屑岩尤为重要，须加强固结灌浆处理；

（4）在进行帷幕灌浆施工中，须加强岩性变化观察、加强压水试验及地下水位变化观测，根据先导孔及实际地质情况对帷幕灌浆布置进行优化调整；

（5）帷幕灌浆施工中，须加强清孔工作，钻孔内不得有沉砂等渣质，确保灌浆质量。