山西某水庫滲漏處理效果分析及思考

孟大勇，王俊杰，仇道健

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，鄭州450003）

山西某水庫位于太行山南端， 始建于20世紀90年代， 規劃功能為發電， 后因上網困難改為旅游水庫。 該壩壩型為漿砌石重力拱壩，壩頂長31m，壩高41.8m，壩頂溢流，上游回水約800m，屬小型水庫。 該工程建成后，已運行多年，存在的主要問題是滲漏問題。 防滲處理前庫水位高程約983.4m，洪水季節庫水能漫頂，枯水期幾乎成干庫，不能形成持續不斷的瀑布景觀，嚴重影響水庫風景區的發展規劃。

1 區域地質

該水庫地處晉東南山字型構造前緣東翼中段，出露震旦至古生界地層， 呈向東南突出的新月型展布， 斷續發育一系列的沖斷裂和褶皺， 構成近東西向～北東向弧形構造帶，具有強烈的擠壓和壓扭性特征。

2 庫壩區工程地質條件

2.1 地形地貌

水庫庫壩區屬中低山區，河谷呈“V”字型，壩底河床寬約17m， 高程947.97m左右， 壩頂河道寬約31m，高程為989.77m，溝深約41.8m，“V”字型谷底以上，谷寬100～300m，為寬谷。 壩頂兩岸山頂高程約1600m，相對最大高差650m。

2.2 地層巖性

水庫庫壩區自老到新出露地層主要為太古界贊皇群（A2）、元古界震旦系串嶺溝組（Zch2）、古生界寒武系饅頭組（∈1m）和新生界第四系松散堆積物（Q4）。巖性主要特征為：

（1）太古界贊皇群（A2）：巖性為暗綠色薄層狀黑云母斜長片麻巖。礦物成分主要為長石、石英及黑云母等。 變晶結構，片麻狀構造。

（2）震旦系串嶺溝組（Zch2）：巖性為紫紅色中細粒石英砂巖夾薄層泥質粉砂巖。 中厚～厚層狀，水平層理發育， 硅質膠結， 巖石致密堅硬。 為壩基（肩）及庫盆巖石。 出露頂板高程995～1010m，厚度約160m。

（3）寒武系饅頭組（∈1m）：巖性為黃綠色薄層泥質灰巖，夾淺灰色中厚層白云質灰巖，巖性較軟弱，底部為灰黃中厚層狀中砂巖，局部漸變為礫巖。主要在“V”字型谷頂兩側山體底部分布，地形上呈緩坡。厚度約40m。

（4）第四系全新統（Q4）：主要為坡洪積物，物質成分以碎石、塊石為主，含較多黏性土。一般粒徑30～120mm，最大粒徑300mm左右，均勻性差，呈松散狀態，厚度2～15m。 主要分布于山前斜坡地帶。

2.3 地質構造

（1）巖層產狀：為單斜緩傾巖層，呈波狀起伏，巖層產狀走向NE40°～NW330°，傾向SW或NW，傾角2°～5°。

（2）裂隙：庫壩區地質構造簡單，巖體中主要發育近東西向和近南北向兩組高傾角張裂隙，發育程度0.5～3.0條/m， 其中東西向發育程度強于南北向。

（3）裂隙密集帶：庫壩區未發現斷層，但在壩上游發育3條近東西向和2條南北向裂隙密集帶， 出露長度超過50～160m，帶寬2～15m，主要充填碎石及少量粘性土。 壓水試驗透水率平均值86.4Lu。

2.4 水文地質

根據含水介質特征及地下水的賦存、運移空間，庫壩區地下水可分為砂巖裂隙水和第四系松散孔隙水兩類［1］。

第四系松散孔隙水主要附存在兩岸山前碎塊石石中，該層富水較好，但厚度較薄，該類地下水為孔隙水，主要受大氣降水、地表水補給，受季節和氣候影響較大。 排泄主要以蒸發形式和地下水徑流形式向河谷排泄，少量補給下部基巖裂隙水。

砂巖裂隙水：主要分布于震旦系（Zch2）石英砂巖表層的風化卸荷裂隙及構造裂隙中， 裂隙帶富水一般，水量較小，受季節影響較大，由于砂巖地形多形成近直立狀陡崖、 絕壁的深峽谷， 接受大氣降水有限，主要以上部裂隙（巖溶）水補給為主，在溝谷陡壁和底部以滲水或潛流形式滲流。

3 滲漏通道及條件

3.1 庫區滲漏

庫區兩岸泉水出露點高程均為1170～1200m，故中間地塊的地下水分水嶺應大于1170m，高于壩頂高程990m，因此水庫不存在向鄰谷滲漏的可能性。水庫滲漏主要為繞壩及壩基滲漏。

3.2 滲漏通道及條件

通過地質測繪、壓水試驗、物探、地下水位動態觀測、示蹤試驗等手段和分析方法。查明壩址區滲漏通道主要分為兩種類型。 第一類為南北向裂隙（帶）與東西向裂隙（帶）和層面裂隙所組合成網狀和帶狀導水系統， 出水點高程主要集中在955～980m，多沿層面裂隙流出，其中裂隙密集帶為主要滲漏通道。第二類為壩基、兩岸壩肩與巖石接觸帶，為集中滲漏通道。

4 防滲處理措施

4.1 防滲方案

為減少壩基及繞壩滲漏量， 采用沿壩軸線設置灌漿防滲帷幕的方案［3］。

根據壩基巖體壓水試驗結果， 結合設計任務書確定q≤1Lu為相對隔水層的標準， 帷幕深度至相對隔水層頂板以下3～5m。 對于裂隙密集帶帶狀滲漏，防滲帷幕加深10m。 在水平方向上，帷幕延伸到相對隔水層或正常蓄水位與地下水位相交處， 并與河床的帷幕保持連續性。 設計壩基帷幕線長度約30m，壩右岸超過低阻帶，帷幕線長度約100m，左岸帷幕線長度約300m。根據滲漏量與滲徑成反比關系的原理（滲徑越長，滲漏量越?。?，考慮滲漏通道及條件，繞壩滲漏量主要發生在兩岸壩肩附近， 因此左岸帷幕分為兩期施工，第一期帷幕線長度超過低阻帶即可，帷幕線長度約190m， 一期施工完后再根據各孔地下水位觀測情況及庫水滲漏情況確定是否需要進行第二期帷幕灌漿的設計。

帷幕灌漿采用分序施工， 漿液為普通水泥漿液由稀到濃分級灌注， 灌漿方法為自上而下孔口封 閉 法［4］。

4.2 防滲效果

一期帷幕灌漿歷時13個月，施工后，壩后原先的出水點逐漸消失， 尤其是集中滲漏通道得到很好封堵，同時庫水位在當年枯水季節，已能漫過壩頂，形成瀑布，證明帷幕灌漿防滲效果是顯著的。但第二年冬季， 由于降水量明顯偏少， 庫水位開始下降至985.95m，后經二期帷幕施工，庫水位依舊在平水期不能達到壩頂， 形成不了瀑布景觀， 經水量平衡估算，每天滲漏量約7.9L/s（682m3/d）。 后采取帷幕結合岸坡噴漿處理的措施，水庫滲漏得到根治。

5 關于防滲處理的幾點思考

（1）防滲方案選擇。首先應考慮水庫水量是否平衡，即水庫來水量多少，滲漏量多少。 該水庫位于太行山半干旱區，屬于缺水地區，勘察時（6月）通過各沖溝及泉水等來水量現場量測，為12～13L/s（1036.8～1123.2m3/d）。 采用帷幕灌漿方案， 即使施工質量良好，達到1.0Lu的防滲標準，但帷幕也有滲水現象，按巖體平均透水率1.0Lu估算，壩基滲漏和壩肩繞壩滲漏依然達300m3/d，水庫蒸發量約112m3/d，兩者合計約占來水總量37%，從這點分析，帷幕灌漿方案可行性值得商榷。

（2）滲漏通道。雖按當時規范中勘察手段和技術措施進行查找和處理， 但忽視了石英砂巖所組成的高角度裂隙對滲漏的影響。 勘察發現了鉆孔水位差異較大， 這與巖體裂隙發育的不均一、 各向異性相關， 但對高角度裂隙垂直方向的滲透性沒有進行充分研究。石英砂巖強度高，具有“堅、硬、脆”的力學性質，當受到構造應力影響時，往往會形成延展性較好的高角度裂隙。 根據該套石英砂巖地層在臨近工程寶泉景區勘察實踐， 一個180m的勘探孔鉆穿石英砂巖進入下伏片麻巖地層，鉆進結束時，孔內水位（鉆進用水）埋深-32.0m，經過一個晚上就成了干孔，說明垂直裂隙滲透性還是很好的， 也證明了庫水沿高角度裂隙垂直滲漏的可能性。

（3）關于帷幕灌漿孔，應結合裂隙產狀的發育特點進行布置。 庫壩區裂隙均為高角度裂隙，傾角80°～90°，如灌漿孔采用垂直鉆孔進行施工，可灌注裂隙有限，影響半徑也不大。如垂直高角度裂隙的傾斜方向布置斜孔［2］，那將穿過更多裂隙，獲得最佳灌漿效果，起到事半功倍作用。

（4）帷幕灌漿采用普通水泥漿液，該漿液優點是可灌性較好，但缺點是析水率較大，時間久了水泥結石易出現空隙，會形成新的滲水通道，這也是帷幕灌漿結束初期，庫水位上升至壩頂，但后期又不能漫頂的原因。 如采用析水率相對較低、穩定性相對較好的具有賓漢流體的水泥穩定漿液［2］（該漿液充填完全，膠結良好，可獲得密實、耐久的帷幕體），效果會更好。

6 結語

帷幕灌漿是水庫防滲處理普遍采用的一種安全可靠、經濟可行的方法，其布置與選擇應充分考慮工程的水量平衡條件、 工程地質條件及巖體滲漏通道發育特點，積極采用新技術、新方法，以達到理想的防滲效果。