彭鵬程　李擇衛(wèi)

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院　　長(zhǎng)沙市　410007）

小排吾水庫(kù)巖溶滲漏問(wèn)題研究

彭鵬程李擇衛(wèi)

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

小排吾水庫(kù)巖溶滲漏問(wèn)題嚴(yán)重［1］，但巖溶滲漏通道一直未查明。根據(jù)小排吾水庫(kù)壩址區(qū)的基本地質(zhì)條件，結(jié)合平面巖溶形態(tài)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、剖面巖溶形態(tài)分布等資料綜合分析，逐漸剖析出小排吾水庫(kù)壩址區(qū)的巖溶發(fā)育特征及基本規(guī)律，成功查明了水庫(kù)壩址區(qū)的主要巖溶滲漏通道，提供了相應(yīng)的處理思路，為研究水庫(kù)類似巖溶滲漏問(wèn)題提供了工作思路與方向。

巖溶滲漏示蹤試驗(yàn)

1 工程概況

小排吾水庫(kù)位于花垣縣小排吾鄉(xiāng)境內(nèi)，為沅水三級(jí)支流的兄弟河上游，總庫(kù)容1175萬(wàn)m3，正常蓄水位581.0m，正常庫(kù)容1020萬(wàn)m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的重點(diǎn)中型水利工程。

樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水設(shè)施等建筑物組成，主、副壩均為粘土均質(zhì)壩，其中主壩最大壩高38.00m，壩頂高程585.5m，壩頂寬4.5m，壩頂軸線長(zhǎng)125 m；副壩最大壩高8.4m，壩頂高程585.50m，壩頂寬5.3m，壩頂軸線長(zhǎng)130m。

小排吾水庫(kù)于1966年開工興建，至1981年建成。因水庫(kù)處于強(qiáng)巖溶區(qū)，在水庫(kù)建設(shè)期及運(yùn)行期間，水庫(kù)建設(shè)方及管理方對(duì)小排吾水庫(kù)進(jìn)行了多次防滲處理，但因缺乏系統(tǒng)勘察，防滲處理措施沒(méi)有針對(duì)性、沒(méi)有重點(diǎn)，雖然投入較大，但并未達(dá)到預(yù)期的處理效果，巖溶滲漏問(wèn)題仍然嚴(yán)重，導(dǎo)致水庫(kù)至今仍不能正常蓄水，成為湖南省知名的病險(xiǎn)水庫(kù)。

2 壩址工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)介

通過(guò)對(duì)小排吾水庫(kù)庫(kù)盆地形、巖性、構(gòu)造及巖溶水文地質(zhì)條件的的深入調(diào)查、觀測(cè)，證實(shí)水庫(kù)向左岸兩岸均不會(huì)產(chǎn)生滲漏，只在壩址區(qū)存在向下游方向的嚴(yán)重滲漏問(wèn)題，因此，研究水庫(kù)的巖溶滲漏問(wèn)題，實(shí)際上就是研究水庫(kù)壩址區(qū)的巖溶滲漏問(wèn)題。

壩址區(qū)工程地質(zhì)示意圖見圖1。

圖1　壩址區(qū)工程地質(zhì)示意圖

2.1地形地貌

壩址區(qū)河流由北東向流入壩址后折向北西。主壩區(qū)河谷呈不對(duì)稱的“U”型，河谷寬（40～50）m，河床高程（548.5～549.0）m。主壩左壩肩接小山體，小山體左側(cè)北西方向分布一埡口——夯彩埡口，埡口高程（583～586）m，埡口左側(cè)山脊走向呈北西向。主壩右壩肩與一孤立的溶蝕殘丘相接，殘丘高程略高于壩頂，殘丘右側(cè)為一平緩開闊的低矮埡口，最低高程577m，為副壩所在地，副壩右側(cè)與溶蝕臺(tái)地相接。

2.2地層巖性

壩基地層主要有［2］：

（1）寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q），可細(xì)分為兩個(gè)巖組：

第一巖組（∈1q1）：為灰、深灰色薄～中厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r。

第二巖組（∈1q2）：為淺灰、深灰色中厚～巨厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖夾粉砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等，部分受構(gòu)造影響，相變?yōu)榘自茙r。

（2）寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈2+3）

為灰白、淺肉紅色厚～巨厚層細(xì)～粗粒結(jié)晶白云巖，下部夾少量灰白色灰質(zhì)白云巖。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)河流為縱向谷，巖層呈單斜構(gòu)造。巖層產(chǎn)狀主要為：N10～40°E·SE∠10～30°，傾向右岸。左岸夯彩埡口附近巖層受F2斷層影響，巖層呈波狀起伏，傾角5～12°。

壩址區(qū)共查明10條規(guī)模大小不一的斷層，斷層構(gòu)造以NNE向?yàn)橹?，其次為NE向，傾角多陡立。較大的斷裂構(gòu)造為區(qū)域性小排吾斷層（F2），自左壩肩至下游W3巖溶泉連線方向通過(guò)，產(chǎn)狀：N20～30°E· SE∠60～70°，破碎帶寬（7～10）m，由斷層角礫巖、斷層泥組成，鈣質(zhì)或鈣泥質(zhì)膠結(jié)，其余斷層規(guī)模相對(duì)較小。壩址區(qū)橫河向及斜向向的節(jié)理面均較發(fā)育。

3 壩址區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件

為查明壩址區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件，在壩址區(qū)進(jìn)行了平面巖溶水文地質(zhì)調(diào)查，沿壩軸線進(jìn)行了工程地質(zhì)鉆孔勘探及物探，并進(jìn)行了流量觀測(cè)及地下水示蹤試驗(yàn)。

3.1平面巖溶及泉井調(diào)查

（1）巖溶調(diào)查。

壩址區(qū)地面巖溶形態(tài)主要有溶洞、落水洞、漏斗、溶槽等。

在壩址區(qū)共調(diào)查到1處溶洞RD1，位于左岸山坡庫(kù)內(nèi)，溶洞進(jìn)口底板高程562.1m，發(fā)育于∈1q薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r中，順層面發(fā)育，洞口高6m，往洞內(nèi)高程逐漸降低，施工期曾將此洞作為導(dǎo)流洞，為庫(kù)水主要滲漏入口之一，人可進(jìn)入深度超過(guò)20m。

調(diào)查到26處漏斗，其特征見表1。

表1　壩址區(qū)主要巖溶漏斗特征

（2）泉井調(diào)查。

壩址左岸發(fā)育一條沖溝小排吾溪，溪溝中長(zhǎng)年水流不斷。

壩址區(qū)共調(diào)查到巖溶泉3處，其特征見表2。

表2　小排吾水庫(kù)壩址區(qū)巖溶泉調(diào)查表

3.2壩軸線剖面巖溶形態(tài)分布

采取鉆探揭露，并配合物探（電法及鉆孔電磁波透視法）勘察，將主、副壩壩軸線剖面下部查到的溶洞及強(qiáng)溶蝕區(qū)示意如圖2。

3.3地下水示蹤試驗(yàn)分析

為查明壩址區(qū)地下巖溶水的流向、庫(kù)水與下游W2、W3巖溶泉的補(bǔ)排關(guān)系，分析壩址區(qū)主要巖溶滲漏道在壩基、壩肩的具位位置及大致深度，在地質(zhì)勘察過(guò)程中，共進(jìn)行了10多次地下水示蹤試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）自RD1溶洞流入的水流，自夯彩埡口下游的W3巖溶泉流出。

圖2　鉆孔及物探揭露的溶洞及強(qiáng)溶蝕區(qū)示意圖

（2）夯彩埡口中部與W3巖溶泉連通性極好，埡口左側(cè)與W3巖溶泉的連通性次之，埡口右側(cè)與W3巖溶泉的連通性較差。

（3）主、副壩交界處、副壩壩基部位分布多條與W2巖溶泉連通性極好的巖溶滲漏通道，各巖溶通道以沿?cái)鄬臃较虬l(fā)育為主。

（4）在同一地段，不同鉆孔中所作的地下水示蹤試驗(yàn)結(jié)果往往相差迥異，表明壩基部位巖溶發(fā)育具有明顯的不均一性。

3.4巖溶水文地質(zhì)特征

（1）巖溶與巖性的關(guān)系。

壩址區(qū)∈1q地層以灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為主，壩址區(qū)平、剖面溶洞均發(fā)育于該地層中，巖溶漏斗亦絕大部分位于該地層中，說(shuō)明該層巖溶極發(fā)育，而∈2+3地層以白云巖為主，巖溶弱發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)溶洞，僅發(fā)現(xiàn)3處巖溶漏斗，且其中兩處位于F8斷層附近，1處位于∈1q與∈2+3交界部位偏∈2+3一側(cè)。

（2）巖溶發(fā)育與構(gòu)造的關(guān)系。

構(gòu)造對(duì)壩址區(qū)的巖溶發(fā)育方向、規(guī)模等起著控制性的作用。在斷層破碎帶及影響帶，由于地下水的活動(dòng)強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育程度相對(duì)強(qiáng)烈，因此，斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育部位一般也是巖溶強(qiáng)發(fā)育帶。壩址區(qū)處于區(qū)域性斷裂小排吾斷層附近，一組與其大致平行的NNE向斷層極發(fā)育，指示了壩址區(qū)NNE向的巖溶通道極發(fā)育。沿F5、F7斷層在壩基深部（60～115）m段均揭露到高度大于10m的溶洞。以上充分說(shuō)明了斷層構(gòu)造對(duì)巖溶方向、巖溶深度及巖溶規(guī)模的影響。

（3）巖溶形態(tài)在平面上有明顯的帶狀特征。左岸的RD1、W3巖溶泉及庫(kù)內(nèi)一系列的巖溶漏斗大致沿NNE向呈串珠狀排列，揭示其大致處于同一巖溶滲漏通道附近。右岸的漏斗LD6～LD10、ZKq14、W2巖溶泉亦大致呈條帶分布，亦表明其大致位于同一巖溶滲漏通道附近。

（4）巖溶發(fā)育在剖面上有較強(qiáng)的分層性。結(jié)合鉆孔揭露溶洞、壓水試驗(yàn)、物探電法及電磁波透視資料、構(gòu)造發(fā)育情況等綜合分析，按巖溶由強(qiáng)～弱的順序，自上至下可將壩基巖溶分成強(qiáng)巖溶發(fā)育帶、中等巖溶發(fā)育帶及弱巖溶發(fā)育帶。3個(gè)巖溶發(fā)育帶大致與壩基部位的中等透水帶、弱透水上帶及弱透水下帶相對(duì)應(yīng)。

4 壩址主要巖溶滲漏通道分析

根據(jù)以上水文地質(zhì)資料等綜合分析，壩址區(qū)巖溶滲漏通道主要有以下幾條：

（1）壩址左岸RD1～夯彩埡口～W3方向的巖溶滲漏通道。

叫化子洞～夯彩埡口～W3巖溶泉方向的漏水通道是壩址左側(cè)一條較為集中的管道式漏水通道，庫(kù)內(nèi)左岸RD1溶洞及一系列呈串珠狀分布的LD12～LD17等漏斗均為該巖溶漏水通道的補(bǔ)給點(diǎn)，大致指示了該漏水通道的發(fā)育方向，巖溶滲漏通道穿過(guò)夯彩埡口中部，高程為（528～564）m，自壩下游左岸W3巖溶泉流出。

（2）副壩～W2巖溶泉方向的巖溶滲漏通道。

因副壩部位NNE～NE向的F5、F6、F7、F8斷層構(gòu)造發(fā)育，壩基部位大致有4條沿?cái)鄬臃较?、向下游延伸的的管道式巖溶滲漏通道發(fā)育，庫(kù)水自上游各巖溶漏斗消落后，沿多個(gè)不同的巖溶滲漏通道穿過(guò)副壩壩基。根據(jù)壩址區(qū)斷層、漏斗的分布位置、壩址區(qū)巖溶發(fā)育特征等推測(cè)，副壩區(qū)上游庫(kù)內(nèi)巖溶漏斗與各巖溶通道的關(guān)系如下：漏斗LD6～LD10處于沿F5斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD4、LD5位于沿F6斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD3、W1位于沿F7斷層方向的巖溶滲漏通道上，LD1、LD2位于沿F8斷層方向的巖溶滲漏通道上。因壩址區(qū)一組大致橫河向、產(chǎn)狀N75～85°W·NE∠61～80°的節(jié)理面較發(fā)育，導(dǎo)致橫河向巖溶通道亦較發(fā)育。沿巖溶滲漏通道穿過(guò)副壩壩基的巖溶水在壩線下游被橫河向的巖溶通道溝通后，均集中自W2巖溶泉流出。

5 處理思路

針對(duì)小排吾水庫(kù)巖溶滲漏問(wèn)題，提供以下處理思路：

（1）對(duì)庫(kù)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的、存在明顯漏水跡象的巖溶漏斗、落水洞，先清挖至基巖一定深度后，采用混凝土塞進(jìn)行實(shí)施封堵，并設(shè)置排氣孔等。

（2）進(jìn)行帷幕灌漿處理。帷幕灌漿主要工作量應(yīng)布置在主要滲漏通道部位，即夯彩埡口中部、主壩右側(cè)至副壩壩基部位，對(duì)于非主要滲漏部位，根據(jù)處理效果可少灌或不灌。

6 結(jié)　語(yǔ)

（1）巖溶區(qū)病險(xiǎn)水庫(kù)治理的關(guān)鍵是查明水庫(kù)巖溶滲漏通道。

（2）可溶巖的分布是巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)，一系列NNE向的斷裂構(gòu)造對(duì)小排吾水庫(kù)巖溶滲漏通道的方向起著控制作用，因此，查明壩址區(qū)斷層構(gòu)造的發(fā)育規(guī)律，就基本抓住了巖溶滲漏問(wèn)題核心。

（3）根據(jù)平面巖溶形態(tài)發(fā)育特征及水文地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合地下水示蹤試驗(yàn)，可以初步判斷出巖溶滲漏通道發(fā)育的大致方向。再通過(guò)壩軸線下部巖溶形態(tài)的分布位置，即可確定主巖溶通道在壩軸線下部的基本位置。

［1］湖南省水利水電勘察設(shè)計(jì)研究總院.小排吾水庫(kù)除險(xiǎn)加固技施設(shè)計(jì)階段補(bǔ)充勘察工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.2015.

［2］陳心才.1：20萬(wàn)吉首幅地質(zhì)圖說(shuō)明書［M］.長(zhǎng)沙：地質(zhì)部湖南省地質(zhì)局出版，1965.

彭鵬程（1970-），男，大學(xué)本科，注冊(cè)巖土工程師，從事地質(zhì)勘察工作；李擇衛(wèi)（1971-），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，從事地質(zhì)勘察工作。

（2016-07-25）