广西岩溶水库渗漏分析及防渗技术

杜 念，陈 春，陈建国，2

（1.广西壮族自治区水利科学研究院 广西水工程材料与结构重点实验室，南宁 530023；2.郑州大学，郑州 450001）

0 引言

广西蕴藏着丰富的水资源，同时也是构造、岩溶发育的区域，面积约为9.87万km2。建国以来，在岩溶地区建设了大量的水利水电工程，由于岩溶发育而带来的许多复杂工程与水文地质问题，如水库坝址、水库邻谷、水库库区的岩溶发育所带来的渗漏问题等，导致一些水利水电工程在建设过程中或建成后存在问题，有的水库无法蓄水，有的水电站因岩溶漏水严重至枯水期就不能发电运行。虽然经过几轮水库大坝除险加固，但有些水库年代久远，受各种条件限制，渗漏问题并没有很好解决。岩溶渗漏主要有裂隙分散式渗漏、管道洞穴集中式渗漏两种，传统防渗材料在可灌性、流动性、耐久性等性能方面存在不足，施工装备对环境条件要求较高、对工程扰动破坏较大，导致防渗效果不理想。

1 岩溶区特点[1]

广西岩溶地貌主要表现为成因不同的三大地貌系列：一是有纯碳酸盐岩发育形成的全岩溶地貌，约占岩溶面积的63.61%；二是有不纯的或间互夹层型碳酸盐岩发育形成的半岩溶地貌，约占岩溶面积的36.39%；三是由生物（珊瑚）及珊瑚礁灰岩发育形成的生物礁。岩溶区主要分布在桂东北、桂中、桂西南等地区。在长期的地质作用下，岩溶区形成大量的裂隙、溶沟、天窗、竖井和落水洞等。岩溶区的主要特点如下：

（1）碳酸盐岩石一种特殊岩类，其主要成分是碳酸钙镁，溶蚀是其主要的侵蚀方式，成土过程十分缓慢。在湿热气候条件下，所形成的地表地形破碎，崎岖不平，山多地少。

（2）特殊的岩溶水文环境，形成特有的水土分离格局。岩溶区内不完善的地表水系统和地下水系统同时存在，地表岩层渗漏强，蓄水能力差，构成“地表干旱一片，地下水流滚滚”严重的水土分离格局。不仅极大影响农业生产，而且人畜用水也受到威胁。由于水文动态变化大，使得岩溶区易旱易涝。

（3）造壤力差，土层瘠薄。岩溶区的土壤主要是石灰土，由于岩溶洞、隙的大量存在，漏水、漏肥现象严重。

（4）生态系统脆弱，一旦遭到破坏，很难得到恢复。

（5）复杂的岩溶地质条件，构成了分布普遍的地质灾害，如：岩溶塌陷；岩溶渗漏，是岩溶环境表现在水利工程上最主要的地质问题，岩溶区渠道渗漏也十分普遍。其他的岩溶地质灾害还有崩塌、矿坑突水、地裂等。

在岩溶地区，石灰岩地区溶洞、溶孔、溶隙极为发育，且土壤覆盖层薄，土质多为砂壤土，保水性能很差，一般降雨，地表水几乎全部漏失，旱象严重，暴雨期间，洪水量大，岩溶管道或地下河排泄不畅，又使岩溶洼地、谷地滞洪成涝。因此，岩溶区夏秋季节，经常是旱涝交替发生，农业生产不稳定，对广西的社会经济发展造成危害。

2 岩溶水库渗漏分析

2.1 岩溶渗漏形式

按渗漏通道分类：裂隙分散式渗漏、管道（洞穴）集中式渗漏；按库水漏失的特点分类：暂时性渗漏、永久性渗漏；按渗漏途径分类：坝区渗漏（坝基渗漏、绕坝渗漏）、库区渗漏（向邻谷或向远排泄区的渗漏、或通过河湾或支谷向下游渗漏）。

对广西有明显岩溶渗漏问题的水库进行渗漏类型、渗漏原因进行调查分析，结果表明：岩溶水库渗漏不是单一部位的渗漏，大多数同时存在两种以上渗漏形式，其中库区（库底、库岸）渗漏的水库24座，坝基渗漏87座，接触渗漏57座，坝体渗漏67座。

2.2 渗漏地质条件

影响岩溶水库渗漏的因素有很多，如岩溶发育程度、隔水岩层的发育及分布情况、岩体的渗透性或单薄山脊是否存在地下分水岭及分水岭与水库蓄水位的高低情况、水库蓄水的水动力特征等因素。其中岩溶发育程度、隔水岩层的发育及分布情况、岩体的渗透性等因素是制约岩溶渗漏的通道条件；单薄山脊是否存在地下分水岭及分水岭与水库蓄水位的高低情况、水库蓄水的水动力特征等决定了渗漏产生的水动力条件。

（1）水动力条件。水动力条件主要是水库蓄水状态下与库区周围的邻谷是否存在直接的水力联系，主要考虑库区与邻谷之间的山脊中地下水位的情况，如果山脊中存在地下水分水岭且高于水库蓄水位高程，一般认为不会发生渗漏；如果山脊中不存在地下水分水岭或地下水分水岭低于库水位高程，则会发生向邻谷的渗漏。

（2）通道条件。在可溶岩地层中水库渗漏的通道条件一般为有贯通性的溶蚀裂隙、孔隙溶洞暗河等或在构造作用下产生的节理裂隙等，此类通道在水库蓄水后将成为渗漏的通道。

2.3 渗漏分析[2]

在岩溶区修建水库，库水常沿溶蚀裂隙、岩溶管道、溶洞、地下暗河等渗漏。岩溶发育程度决定渗漏通道大小，也是影响渗漏连通性的重要因素。当岩溶发育较差时，以溶隙、溶孔为主时，对水库渗漏影响较小；当岩溶发育强烈，分布广泛，深度较大，又有大型溶洞及地下水暗河存在时，一旦发生渗漏，其渗漏量很大，影响工程的正常使用。渗漏的主要原因如下：

（1）工程设计不当或工程未经设计，盲目施工。尤其是小型水库，一般属于社队自建，缺乏必要的勘测设计，盲目施工，未采取防渗措施或防渗措施不完善。

（2）施工质量差。坝基清理不彻底，大坝填土与岸坡、坝体与涵洞结合不好、新老土结合差，土料含水量过大，填土层过厚，碾压不实或漏压，有松土层等。

（3）工程管理不善，抢险不及时。工程建后，工程管理不够重视，出现险情时不能及时发现、及时组织抢险，造成严重后果。

3 防渗技术

3.1 传统防渗技术

岩溶水库防渗处理应根据不同渗漏形式和特点选择相应的处理方法。对集中型渗漏应以“堵”“截”为主；对分散型渗漏应以“铺”“灌”为主。多数情况下，由于渗漏形式和通道较复杂，需要采取综合处理。常用防渗措施有灌浆、铺盖、堵洞、截渗、围隔、疏导等。

现有防渗技术有土坝充填灌浆技术、水泥帷幕灌浆技术、高压喷射水泥灌浆技术、混凝土防渗墙技术、化学灌浆技术、水泥土搅拌桩技术、岩溶地区建筑物地基基础技术等[3]。这些传统技术或多或少存在对大坝扰动破坏，工期较长、造价较高，施工不便（设备体积庞大，小型水库进场困难）等不足。常用的防渗材料有水泥基材料和水反应类高聚物材料，抢险抢修时效性较差，难以封堵涌水或射流，耐久性不高。

根据岩溶渗漏特点和工程对象来选择处理措施，渗漏问题处理已取得丰富的经验，但是由于传统防渗技术存在局限性，有的工程渗漏问题未能彻底根治，亟待防渗新技术。

3.2 防渗新技术

（1）高聚物注浆防渗技术，该技术是以非水反应类聚氨酷为基础开发的高聚物注浆技术，既适用于有水条件下的防渗堵漏，也适用于无水状态下构建堤坝防渗体，施工快捷，大幅度节省工期，采用静压成孔方式，极大地减少了对原有坝体的扰动和损伤，具有对工程扰动较小、经济实用、耐久性好等优点，是一种“微创”修复技术。该技术施工设备轻便灵活，适用于大、中、小型堤坝防渗加固，已在国内数百项除险加固、防渗堵漏工程中取得显著效益。

（2）采用“反堵减压、掺料冲填、浓浆成幕、高压补强”灌浆工艺流程，根据不同的岩溶发育、漏水以及所处的地理位置条件等情况创造了先堵洞后周边固结灌浆法（俗称反捕捉洞穴海黄鳝鱼灌浆法）、堵头加强通道追源灌浆法、喇叭形导流平压过滤反堵灌浆法，引滤反堵灌浆法、浓浆粗料低压限流灌注高压复灌法等新工艺、新技术，成功地使岩溶渗漏严重的水库得以修复。反捕捉洞穴海黄鳝鱼灌浆法和堵头加强通道追源灌浆法适用于大型的落水洞，通过灌入大量的砂、石粉，节省水泥用量及减少水玻璃的掺入量，提高帷幕灌浆的灌浆压力，对确保灌浆质量、减少帷幕排数、节省投资以及提高帷幕体的耐久性，确保落水洞周边数百平方米范围内不会再出现新的漏水通道，防渗彻底。喇叭形导流平压过滤反堵灌浆法适用于大深潭漏水点，水泥砂浆从出水口向上游的漏水通道逐渐沉积、析水结石堵住渗漏通道，减少水玻璃掺入，提高帷幕体的耐久性，具有广泛的应用前景。

4 结语

对于存在渗漏问题还未进行防渗处理的岩溶水库，应及早进行除险加固。根据每座岩溶水库的具体渗漏情况，采取针对性的防渗措施和施工工艺，按照“上堵下排”的原则，特别是做好原坝内涵管封堵、原坝内涵管结构及与其周边坝体接触带的防渗截渗处理，通过除险加固，使得水库效益得以发挥，保证水库安全。