巖溶地區修建水庫存在的問題及解決對策

蔡回列

( 仁懷市水利局，貴州 仁懷564500)

0 引 言

巖溶地區往往存在地下溶洞、地下河以及裂縫等地質問題，在這樣的特殊地區修建水庫如果缺乏仔細考慮這些會引起水庫漏水和塌陷的因素，修成的水庫也不能夠正常蓄水使用，其結果往往是浪費財力物力，甚至造成更大的損失。鑒于巖溶地貌的特殊地質條件，在巖溶地區修建水庫工程，必須調查研究的地質問題如下: 巖溶地貌庫區和壩基漏水問題，庫區、壩基及壩下游的巖溶塌陷問題，巖溶地區的壩基是否牢固問題，水庫岸邊坡的穩定情況，壩基基坑巖溶水的出現與防治問題，隧洞巖溶的突水及排水問題，庫水與巖溶地區地下水的水質穩定情況，巖溶地區水庫是否會誘發其他地質災害等問題。本文以貴州黔北地區的巖溶地貌為例，探討巖溶地區修建水庫存在的問題及解決對策。

1 實例分析

貴州省仁懷市天生橋水庫位于長江上游赤水河支流上，水庫總庫容770 萬m3，集雨面積33 km2，水庫大壩為砌石拱壩，工程于1987年動工，1991年完工。

區內出露地層為寒武系中上統婁山關群至侏羅系中下統以及第四系，其中缺失泥盆系、石炭等地層，可溶巖與非可溶巖相間分布，巖性以碳酸鹽巖類為主，碎屑巖類次之。

水庫坐落于巖石較為發育的巖溶地區，工程建完后就發現有多處裂縫，堵體、基礎、及兩壩肩巖體、上部“巖橋”及護坡滲漏嚴重，且多處出現塌陷。

2007年，該水庫經安全鑒定存在的主要問題有:

堵體基礎巖體、左右側岸坡及上部巖體，溶蝕裂隙發育，在庫水壓力及淘刷下，局部溶穴內充填物被淘空，形成通道性滲漏和產生塌陷，從而危及大壩安全，鑒定為“三類壩”。

2009年，對該水庫進行了除險加固，除險加固對滲漏問題則主要采用帷幕灌漿。

2 存在問題

2．1 水庫滲漏和突水問題

巖溶地區巖體大量存在裂縫、通道和溶洞，在該地區修建水庫，由于巖溶活動，如果有承壓水存在和巖層斷裂作為通道，將導致地下突水而淹沒水庫基坑，或者可能因巖溶滲漏而導致水庫蓄水困難。巖溶水庫庫區常發生庫區滲漏的地帶有以下幾種:巖溶地層類型變化比較大的過渡地帶;地層大構造的斷裂交會地帶;大斷裂連接水庫庫區和鄰近山谷的地方;地質構造突起或者凹陷地帶;地形地貌變化極大地帶;通向鄰近山谷的洞穴發育地帶;地表河流徑流量較少的地帶，這些是發生庫區滲漏的可能性較大的地帶，與當地巖溶發育情況有著密切關系。

2．2 壩基穩定和塌陷問題

巖溶地區的特殊地質構造常常會導致壩基承載力不足、壩基沉降、地基錯位以及地表坍塌等問題。巖溶塌陷導致水庫滲漏問題加劇，巖溶地區修建的水庫存在的巖溶塌陷情況主要有:

1) 承壓水滲流導致巖溶塌陷。當水庫蓄水后增加了庫盆地下水壓力，地下水侵蝕洞穴充填物和其上覆蓋松散層引起塌陷，壩基滲漏加劇地下水的侵蝕作用。

2) 重力滲流侵蝕導致塌陷。溶蝕洼地和谷地的地下水水位較深，由于水庫庫水重力滲流，導致覆蓋層和充填物侵蝕嚴重而移位。如果洼地谷地下部洞穴偏大，加上庫水潛蝕影響，其頂部和覆蓋層的減荷拱難以成形，很可能導致塌落塌陷情況。

3) 壓縮氣團沖爆塌陷。由于水庫庫底存在滲透性效果不良的地層，地下又有洞穴，如果遇上水位低的情況，加上水庫水位急劇上升，兩岸地下水位也被提高，于是水庫底下的洞穴產生高壓氣團，當高壓氣團不斷膨脹到一定極限時就沖爆洞穴頂板導致水庫塌陷。

3 解決措施

3．1 地基處理方法

1) 填墊法。該方法包括填充法、換填法和挖填法等。填充法適合上部荷載較小的裸露巖溶土洞，必須使用塊石片石填充最底層，保證地下水處于原始流通狀態，并且形成反濾層。如果是已經被填充的巖溶土洞填充物的物理力學性質不佳，用換填法代替。首先清除土洞內的所有填充物，用塊石、片石和混凝土等堅固材料填充。至于淺埋巖溶土洞，先挖開頂層或爆破頂層，挖除洞內的塌陷松軟土體，填入塊石、片石、砂等材料，這種方法即挖填法。對巖溶洞、縫隙、溝槽、石芽等突出物適合用墊褥法處理，這些突出物會使地基沉降，影響水庫蓄水。

2) 加固法。這種方法囊括了灌漿法、頂柱法以及強夯法等。如果是深度較大的巖溶土洞適合用灌漿法加固壩基，材料選擇視具體情況而定，填塞用黏土、砂石、混凝土和水泥砂漿等材料;水泥漿和瀝青適合于防滲，先外圍后中間進行灌漿;充填加固必須用快干材料將洞隙堵塞，起初壓力保持適中，防止漿料流出浪費。如果洞頂板薄和裂隙多，導致頂板強度不能承擔上部壓力時，應當采用頂柱法修補。強夯法是處理大面積土洞和塌陷的有效方法，是省工省料經濟而且能夠保障水庫巖溶地基穩定的重要方法。一般情況下夯擊1 ～8遍，夯點距離保持在3 m 即可。如果沒有地下水作用，夯擊間歇時間無限制，如果出現夯錘突然下陷情況，表明水庫下層存在隱伏土洞，必須用砂礫土料及時處理。

3) 跨越法有板跨法、梁跨法、拱跨法等。針對有些水庫的地基深度大洞徑小不便進入施工作業，可以使用板跨法，首先依據大壩性質和壩基受力情況，用混凝土板或鋼筋混凝土板直接封頂防止滲漏問題。如果是位置較深且在壩基持力層內的小規模塌陷，使用鋼筋混凝土梁直接跨越塌陷體進行補救即可。然而如果是壩基塌陷的洞身寬、深度大以及復雜洞形或有水流的情況，則必須采用拱跨法。

4) 樁基法。如果水庫庫底的塌陷較深較大或者多層溶洞發育，必須采用樁基法解決。水庫庫底基巖起伏地方，如果庫底覆土層較軟厚度大難以清理時，適合使用沖孔灌注樁或者爆擴樁，樁頭錨入水庫底層基巖內。在巖溶地區，巖體內部有暗河、溶洞，水庫地基往往很不均勻，此時往往采用樁基法補救較深較大的水庫塌陷可以收到很好的效果。

3．2 水庫集中滲漏和突水的處理方法

針對水庫集中滲漏和突水問題以“堵”和“截”方法為主，而對分散型滲漏和突水問題則以“鋪”和“灌”方法為主。

1) “堵”是處理水庫集中滲漏和突水的主要方法。選擇何種材料進行堵塞水庫漏洞必須視不同巖層而定，但是堵塞材料宜采用塊石、砂、混凝土以及黏土等比較堅固且具有抗侵蝕能力的材料。

2) 截是在水庫庫底的地下通道集中滲水處修筑堅固的隔水墻來阻斷滲漏通道。如果水庫庫區有大溶洞時，簡單的堵法已經不能截斷滲漏通道，此時必須修筑圓形圍墻使其與水庫隔離而阻止水庫滲漏。

3) 鋪是用來處理水庫滲漏問題中的地表分散滲漏帶的重要方法。在庫岸滲漏的斜坡常用混凝土或黏土加固，防止大面積滲漏，水庫庫底大面積滲漏則必須使用黏土厚厚的鋪蓋才有效果。

4) 灌。如果水庫大壩或庫底存在孔洞和裂隙則應灌入混凝土漿以達到堵塞滲漏的目的，另外要使灌漿的地帶連成一體，有利于起到徹底防止水庫大面積滲漏的作用。

4 結 語

由于巖溶地區有著獨特的地質特征，因此在巖溶地區修建水庫會遇到非巖溶地區不一樣的問題。由于在巖溶地區存在大量的地下溶洞、裂縫和地下河等，因此水庫修建時要注意滲漏和塌陷問題，要綜合考慮水庫負荷情況和施工技術，把壩基和庫底等結構視為一個有機整體，綜合考慮多種解決方法，揚長避短，仔細研究巖溶地區修建水庫存在問題，并且及時給出解決對策，以便有利于獲取最佳技術效果和經濟效果。

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