八家村水库左岸渗漏及帷幕灌浆效果分析

八家村水库左岸渗漏及帷幕灌浆效果分析

李　竣

（昆明市水利水电勘测设计院）

摘要：水库大坝坝基及绕坝渗漏是水库渗漏的主要形式之一，特别是碳酸盐岩分布区，由于岩溶发育，渗漏原因往往较复杂。为使水库发挥最大效益，灌浆对坝基及绕坝渗漏是防渗处理的主要手段。通过八家村水库左岸渗漏进行的帷幕灌浆效果分析，可以对该水库今后的防渗工作提供一定的指导作用。

关键词：八家村水库　左岸　渗漏　灌浆　分析

一、绪　言

嵩明八家村水库河谷总体呈“S”的近SN向。水库始建于1959年，高24.3m³，为小（一）型水库。经分期施工至1972年主体工程基本建成，因受资金、技术、设备等多种因素的制约和复杂的地质条件影响，建成后水库出现坝前多处落洞、坝基及绕坝渗漏、坝体及输水涵洞渗漏。1977～1980年间进行了堵洞防渗帷幕灌浆及边坡处理，初步制止了病险扩大。为充分利用上游来水2 440万m³，进行了水库扩建工作，并于1996年12月30日完成水库扩建工程。水库扩建后为坝高33.5m，总库容1 440万m³的中型水库。

水库扩建后左岸输水隧洞进口及上游库盆水压升高后压穿岩溶裂隙，下游河边出现河上泉、河下泉、李子树泉等多处渗漏泉点，总量＞100L/s；渗漏量的变化随库水位的升降而增减。后对库内落洞进行了封堵，输水隧洞作了加固处理并顺坝轴线向左岸上山体进行防渗帷幕灌浆，于1999年9月处理工程结束，之后下游河边的泉流量明显减小，泉点消失。现对地质勘察成果、防渗效果简述如下。

二、基本地质情况

（一）地层岩性

八家村水库左岸地层岩性为上古生代碳酸盐岩夹碎屑岩，左岸从河床—坝肩—坝顶以上到左岸山顶，岩性特征由老至新分述如下：

1.泥盆系中—上统（D_2－3）

主要分布于库盆左岸，库盆中部及水库下游河道左岸等地，坝体的左岸都坐落在本层上。岩性下部为砾屑泥粉晶白云岩、厚大于45m，与上覆万寿山段呈假整合接触。

2.石炭系下统大塘阶万寿山段（C_1dw）

沿库区左岸延伸到下游左岸呈环带状分布，大坝左肩在本层上，岩层走向由NNE，总体倾向NW，即倾向左岸山体内。倾角较缓，10°～36°。岩性下部为页岩；中部为中细粒石英砂岩；上部为铁、铝质页岩，厚6.9m，与上覆上司段呈整合接触。

3.石炭系下统大塘阶上司段（C_1ds）

与万寿山段地层相邻分布紧靠大坝坝肩由上游贯通下游，岩层产状也与万寿山段岩层近一致，岩性下部为泥粒灰岩、砾屑灰岩；中部为泥粉晶白云岩和细粉晶灰岩；下部为泥粉晶灰岩、生物碎屑灰岩及含砾屑、颗粒灰岩，厚度小于198m，与上覆梁山组呈假整合接触。该套地层是溶蚀凹地、岩溶漏发育的主要层位之一。

4.二叠系下统栖霞阶梁山组（P_1L）

分布于左岸料场一带的山脊、山顶上，岩性下部为细粒石英砂岩；上部为铁质铝土岩、铝土质页岩、页岩，岩石破碎，厚度小于20m。

（二）地质构造

八家村水库位于川滇南北向构造带所属之区域性小江断裂西支与白邑—龙潭阱断层所挟持地块内，受其影响，水库左岸褶皱与断裂构造均较发育。

1.褶皱构造

八家村水库左岸总体为一复式向斜，核部地层为P_1L，两翼依次出露C_1ds、C_1dw、D_2－3，为一轴向北西的宽缓向斜构造，由于多期次的构造运动，该向斜构造内除断裂构造发育外，岩层挤压揉皱尤为强烈，形成规模较小的多个背向斜次级构造。

2.断裂构造

断裂构造主要发育近EW向与NE向二组，EW向断裂构造在坝体前、后分别发育F_3－1、F_3－2两条平推断层，其断面近直立，北盘向东平推。而NE向断裂构造仅为管理所后溶蚀凹地与河上泉一线发育的F1断层，走向NE，推测为张性断层。此外，由于受区域应力场的作用，节理、裂（溶）隙比较发育，据统计，节理、裂（溶）隙以走向300°及35°方向的两组最为发育。

（三）岩溶地貌

八家村水库左岸岩溶地貌发育，从地貌发展史看，在杨林盆地接受沉积时，区内属相对稳定时期，岩溶也相应发育，其发育深度各处不尽相同，第三纪后期小江断裂西盘上升，原来的岩溶地貌遭到破坏后，又经过石林期、南盘江期的演变，形成了今天的地貌景观。

经统计，水库区左岸发育14个大小不等的岩溶漏斗或溶蚀凹地，沿坡面分布，发育于下石炭统大塘阶上司段地层中，高程在1 980～2 020m之间，而坝前至库区中段采石场还集中出露有呈串珠状分布的落水洞，高程在1 957.78～1 965.44m之间，坝址下游左岸分布有7个岩溶漏斗或溶蚀凹地，高程在1 967.50～1 980m，溢水点9处，高程在1 934.90～1 947.40m。从库区内的落水洞与坝址下游的溢水点及岩溶漏斗或溶蚀凹地的分布看，与垂直通道相互连通的管—隙流型通道甚多，并且推测高程1 934m左右，河底高程以下以水平溶蚀为主。即高程1 934m以上岩溶水动力以垂直与水平交替循环为主，高程1 934m以下岩溶水动力以水平循环为主，尚未发现大型水平岩溶管道。据钻孔资料，在高程1 900m下也有水平溶蚀发育，但岩体较完整，在高程1 945m以下有洞穴存在，并都有堆积物充填。从地表分布的岩溶负地形看，明显受节理、裂（溶）隙及褶曲构造的控制与制约，以走向35°、300°两组最为发育，而岩溶负地形的展布方向与此相近。地下隐伏的管、隙流型渗漏通道，多沿层面发育。据此，坝址左岸一带岩溶以地表垂直岩溶为主，岩溶形态主要为漏斗，小洼地。深部有小溶洞和裂隙—溶隙型管道或小型水平岩溶管道存在，溶洞与管—隙型通道相连。由于受构造破碎和裂隙等影响，洞—隙的连通往往是多方向的似网络连接形式，透水至上游至下游运动。

三、渗漏分析

（一）灌浆前的基本情况

水库在扩建前后共进行5次灌浆，1977～1980年间于原坝左坝段进行的防渗帷幕灌浆，减小了当时下游渗漏量的40%～99%；扩建前于1994年进行的防渗帷幕灌浆，使原坝前一带落洞未继续发展；扩建后于1997年溢洪道灌浆，使溢洪道陡坡段出水点全部消失；1998年隧洞灌浆，主要为充填灌浆，仅于坝轴隧洞两侧作一帷幕截水环，幕长24m，封堵了隧洞出口消力池底板漏水。

加固扩建中，于左坝肩至左岸依次布置了溢洪道、输水隧洞及管理所。初设地勘报告中，对左岸渗漏分析可分为三个渗漏带，表现为电测深在该段出现数个低阻异常。其一，位于左岸水库管理所一带，宽近40m，与之相对应的ZK6孔内高程1 942.57～1 944.82m见充填溶洞，地下水位明显较两侧低4.5m，并低于同期库水位（1 950m左右）10m，且灰岩属较严重透水；其二，位于左岸输水隧洞右测，宽约10m，该段ZK11孔内于高程1 945.76～1 944.71m、1 942.31～1 941.61m、1 937.72～1 937.42m，分别揭露1.05m、0.70m及0.30m的3个充填溶洞，孔内水位低于同期库水位7.00m，物探低电阻率异常的存在，与岩溶洞隙相对应；其三，位于左坝肩溢洪道右侧，宽约10m，ZK13孔内于高程1 943.73～1938.93m遇到高4.80m的溶洞，为空洞，仅底部有1.0m的充填，孔内水位较同期库水位低10m，灰岩属严重—极严重透水。对前期勘察左岸沿坝轴线钻探成果统计，钻孔灰岩中见洞率为100%，各孔溶洞统计见表1。

表1　钻孔岩溶洞穴统计表

扩建后，各泉点流量随库水位增高而逐渐增大，出水点分布于左坝肩溢洪道消力池（左坝肩下游）至山涧（左岸下游冲沟）一带，高程1 942.42～1 933.45m，距坝轴线最近的约140m，最远的约360m，1998年库水位自正常高水位降至死水位后，发现输水隧洞进口至竖进一带沿左库岸约60×100m范围内出现落洞7个体，高程最低1 944.49m，最高约1 962m，经1998年6月处理后，未发现变化。

灌浆前初设地勘资料表明左岸有三个强透水物探异常带，在5个钻孔中遇到小型溶洞13个，溶洞在孔内总长22.17m，占钻孔灰岩总长度的13.63%，溶洞大多被充填，所遇溶洞的最低高程为1 911.09m，最高高程为1 947.81m，多数在1 937～1 945m之间，少数在1 916～1 926m之间，溶洞有溶隙串联。上述资料表明这一带岩溶十分发育，虽规模较小，但渗漏量大，其强渗漏带的高程在1 910～1 947m之间。具体在下游河边的主要渗漏点有河上泉，河下泉、李子树泉等，高程分别为1 935.09m、1 935.33m、1 935.26m，这些泉流量随库水位升降而增减，泉口伴有砂粒带出。

（二）防渗帷幕的布置

1.防渗帷幕边界的确定

前期勘察阶段所作物探工作显示渗漏地段为低电阻率异常带，溢洪道右侧存在D5异常，宽约10m；输水隧洞右侧存在D10异常，宽约10m；左岸现管理所旁原岩溶漏斗一带存在D6、D8异常，宽近40m。据此，帷幕边界确定为将物探发现的异常渗漏带封闭，布置帷幕左端西延36m，溢洪道右侧东延约29m，帷幕总长234m。

2.防渗帷幕底界的确定

针对左岸帷幕补强灌浆，在管理所旁物探异常渗漏带及附近布ZK20、ZK21两孔，进行勘察并作灌浆试验孔，孔深入至高程1 899.40m，查明高程1 910m以上试段透水率q＝20～119Lu，其中，ZK21孔在高程1 939.9～1937.6m、1 933.2～1 932.0m、1 931.4～1 930.40m以下见方解石及脉充填小裂隙，未见溶洞及张口裂隙。高程1 920.00m以下直到终孔高程1 899.40m，岩石相对较完整，试段透水率q＝13～15Lu，结合初设阶段地勘成果，考虑到该地段无相对隔水层，设计为悬挂式帷幕，将底界定为高程1 910m，使帷幕深度超过1.5倍水头，实际压力近1.8倍水头。

（三）帷幕形成前后泉流量变化

泉流量变化情况主要指隧洞出口陡坡段渗漏点、河上泉、河下泉的流量变化。河上泉及河下泉有详细观测记录，溢洪道泉（消力池内）不在本次灌浆帷幕下游，但灌浆后，泉流量亦有明显变化。其灌浆前后泉流量对比见表2。

表2　灌浆前后泉流量对比表

通过对左岸防渗帷幕补强灌浆，河上泉、河下泉流量分别减少69%及71%，且溢洪道消力池泉流量减少20%，灌浆效果明显。

另外，输水隧洞出口消力池在1994年3月1日前后，施工过程中，由于库水位较高，为1 957.21m，有泉水溢出，影响了混凝土浇筑质量，通过1998年3月12日库水位1965.83m时重新修复，施工中底板未见泉水溢出，使施工质量得到保证，表明帷幕灌浆对该部位渗漏的确起到明显防渗作用。

（四）帷幕形成后地下水位变化

左岸帷幕前后的常观孔所测水位变化如表3，表中帷幕形成前后孔内水位变化明显，即相同库水位时，帷幕前水位抬高，帷幕后水位降低，使幕后地下水坡降由6.44%降至5.45%。

表3　观测孔灌浆前后水位对比图表

灌浆结束后，左岸下游冲沟内出现新的泉点，山涧泉流量也有较大增加，并使出溢点抬高。表明库水下渗受阻后，沿帷幕向左端绕渗，造成所对应的李子树泉流量显著增加。李子树、山涧泉流量变化见表4。

表4　李子树泉、山涧泉灌浆前后流量变化表

（五）渗漏分析

水库左岸岩性主要为灰岩，地表岩溶漏斗、凹地发育，坝顶（高程1 968m）至勘探深度（1 900m）内，灰岩占85%以上，岩石中溶（裂）隙，溶洞发育，节理以走向35°及300°两组最发育，并与河流走向一致。由于构造发育，岩石破碎，坝轴左岸又为向斜构造西翼，岩层产状总体倾向西（左岸），倾角10°，走向近南北，且与河流走向一致。水库所坐落的花庄河沿线一系列泉点表明，目前枢纽区一带侵蚀基准面为高程1 934m左右，受侵蚀基准面控制，在该高程以上，水流呈垂直运动与水平运动交替出现，该高程以下，水流则以水平运动为主，受河流最低水位控制，左岸渗漏部位应主要为高程1 934m以上，但钻孔揭露岩溶基准面低于侵蚀基准面，且勘探深度范围内无隔水底板，说明渗漏深度超过河谷谷底。综上所述，左岸渗漏主要为以下几个方面：

（1）岩层走向与河谷走向一致，并沟通上下游，形成了沿层面渗漏的通道。

（2）地质构造复杂，岩石节理、裂隙发育、碳酸盐岩的可溶性使岩石中形成大量溶隙、溶洞，并由裂隙、层面沟通，形成网状渗流通道。

（3）由于河谷的侧向侵蚀，形成了枢纽区一带的河曲，使左岸成为凸岸，加速了纵向岩溶通道的发育，并产生绕坝渗漏。

（4）基于岩溶发育对河流排泄基准面的适应性，渗漏主要部位位于高程1 930m以上。

四、结　语

（1）大坝左岸岩体风化破碎，小型的岩溶漏斗、洼地、小溶洞、溶隙等较发育，因岩层走向总体上由上游贯通下游，岩体透水性较强，因此左岸总体上既是岩溶发育区，亦为强透水带，必然存在较强的绕坝渗漏。

（2）灌浆帷幕质量达到了设计要求，明显地起到了防渗作用，正对帷幕下游河边的河上泉、河下泉渗漏量减少70%，帷幕下游的地下水位明显降低，帷幕形成以后上游库区内被堵塞的落洞至今完好，未见新的塌落击穿现象。

（3）目前已完成的防渗帷幕长度，尚未接到相对隔水岩体，因此，帷幕只起到了部分防渗作用，库水在向下游渗漏时受阻帷幕后，沿帷幕向左侧移动，绕过帷幕端点继续向下游渗漏，使端点下游冲沟内出现新的泉点，李子树泉流量由4.17L/s增加到43.59L/s。

（4）已完成帷幕为悬挂幕，底下岩体较完整、坚硬，不会因渗漏产生岩体破坏。