作者：党端锋  有东华

（云南润晶水利电力工程技术股份有限公司   650011）

摘要：论述帷幕灌浆在安宁月子庄水库库岸防渗中的技术方案与实践，效果，工艺简单，可操作推广

关键词：库岸防渗    帷幕灌浆    施工技术    水质净化

1.     概况

安宁月字庄水库是安宁市重要水利设施之一，水库设计供水对象为下游工矿企业和农业灌溉，并对下游县街、连然两地的具有防洪保护作用，同时也规划为安宁市应急备用饮用水源。

月子庄水库位于安宁市西南方，鸣矣河左岸一级支流县街河上，地理位置为：县街街道办，距安宁市直线距离9km，交通方便。县街河为鸣矣河一级支流，螳螂川二级支流，发源于安宁市县街西南部的老鹅山，河源海拔高程2602m。月字庄水库坝址以上径流面积59km²，河长21.12km，河道平均比降约14.5‰。其中上游小箐口水库坝址以上径流面积23.9km²，河长12.19km，河道平均比降约25.2‰。

月字庄水库水库由昆明市水工队勘测设计，于1957年11月21日开工，次年10月2日竣工。1965年对溢洪道进行了建设。1993年4月至7月进行了大坝前坡护坡工程，随后进行了多次维修和配套工程的建设。水库主要功能为防洪、灌溉、工业用水等。月字庄水库最大坝高为31.20m，本次采用原始设计水位库容曲线进行复核水库总库容为784.12万m³（注册登记表为785万m³）,死库容为27.66万m³，兴利库容为692.98万m³（注册登记表为688万m³）。

2.     月子庄水库现状

（1）由于水库建成年代较早，已运行使用时间50多年，目前水库库尾区持续渗漏，渗水量达80m³/h-100m³/h，加之由于受地形、水系条件和排水条件的限制，库尾矿区年平均径流量12.32万m³无法排往下游，渗水和库尾污染区径流进入距库尾0.4km的磷矿采空区。为了保证月字庄水库的蓄水，渗漏水通过水泵抽水，返排回月字庄水库内。大量含磷的水源返排回水库，对月字庄水库水质造成一定影响。而且持续多年的不间断抽水，增加了水库的运行成本。

（2）月字庄水库库尾周围有大量的磷矿开采区，被磷矿污染的水直接排向月字庄水库，对月字庄水库的水质造成了影响。月字庄水库作为安宁市重要的人饮备用水源点，为了防止水库水质的变化，在水库库尾新建两座挡水坝，防止来水直接进入水库，对水库库尾来水进行拦截净化。

（3）对县街河大庙地段起点和终点进行水质检验，比较后发现，起点的水质好于终点的水质，由此可证明，县街河大庙地段已受月字庄水库库尾含磷来水的影响。因此，为保证县街河河水的洁净，对县街河大庙地段进行改道，防止含磷水源顺河道进入水库。

（4）由于月字庄水库周围的磷矿开采区的含磷来水都积于水库的库尾，为了减少水库水量的损失同时又不对水库的水质造成影响，因此，对月子庄水库库尾的含磷来水进行净化处理。

县街河大庙地段水环境综合治理工程完成后，可从根本上解决水库的渗漏和水质提升问题，既能够提高水库的蓄水能力，发挥水库的正常效益，又能保证水库水质的安全稳定，确保月字庄水库运行的安全、周边村民用水安全。

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3.     开采矿区对水库渗漏的影响

水库库尾周边蕴含丰富和宝贵的磷矿资源，使磷矿资源能得到更好的开发利用,将矿产价值转变的经济价值，故在水库周边开采磷矿，现状主要为大庙地磷矿及白凳磷矿两个开采区。近年来随着开采深度的增加和开采范围的扩大，对月字庄水库的蓄水造成较大影响，不能正常发挥水库效益。

1、大庙地磷矿开采现状

根据大庙地磷矿已开采情况，磷矿开采主要为露天开采，在水库库尾西侧形成采空区，采空区现状为宽约100m，长约270m的口大底小的矿坑，坑底高程约1820m，低于月字庄水库库底高程1850m约30m，低于水库正常蓄水位线1876.6m约56.60m，采空区底部与水库库盆之间山梁狭窄，仅宽约400m。由于采空区与库区之间山体岩体风化强烈，节理裂隙发育，完整性差，相对不透水层（q≤10lu）深度在高程1830m～1835m之间，故库水大量向采空区渗漏，根据采矿区多年抽水量统计，抽水量为80m3/h-100m3/h，说明水库渗漏严重。

2、白凳磷矿开采现状

白凳磷矿位于水库库尾北侧（库尾公路右侧）为正在开采的矿区，而水库库尾东侧为现况开采延伸区矿区现状基坑开采高程略低于水库正常蓄水位，根据矿体埋藏深度，开采区最终开采底高程为1825m左右，与正常蓄水位线1876.6m相差51.6m。白凳磷矿矿区的开采需剥离地表分布的筇竹寺和八道湾段地层，而筇竹寺和八道湾段地层为水库与矿山间主要隔水层。随着矿山开采逐步向水库推进及加深，筇竹寺和八道湾段隔水地层将逐步减薄或被破坏，增加水库水体与中谊村段碳酸盐岩接触面积或减弱隔水层的防渗能力，致使库水沿碳酸盐岩岩溶系统涌入矿坑内，将加剧水库渗漏。

4.     水库渗漏原因分析

库尾位于香条村背斜北翼，地层走向北北西，倾北东，倾角7°～12°，为单斜构造。由西向东出露地层依次为：震旦系上统灯影组—寒武系下统梅树村组下段中谊村段—上段八道湾段—寒武系下统筇竹寺组。筇竹寺组（Є₁^q）和八道湾段地层由页岩夹粉砂岩、石英砂岩组成，厚0m～250m，透水性差，属隔水岩层。中谊村段（Є₁^m1）及灯影组（Zbdn）地层为碳酸盐岩，其间无隔水层分布，岩溶发育，属于透水岩层，受节理裂隙、构造和岩溶连通作用，存在连续的地下水面。

库区地下水类型主要有孔隙水、裂隙水、岩溶水。孔隙分布在第四系松散地层内，直接接受大气降水的补给。受季节影响，流量变化较大。裂隙水分布于碎屑岩中，富水性弱。岩溶裂隙水主要赋存于∈lm1 白云岩、白云质磷块岩、富磷块岩及Zbdn白云岩岩溶裂隙中，富水性好。

本次研究现场地质填图及安宁磷矿区原勘察资料的查阅，发现月字庄水库库尾部分地段分布在寒武系下统梅树村组中谊村段（Є₁^m1）地层内。根据安宁磷矿区原勘察资料揭示，中谊村段（Є₁^m1）地层均为碳酸盐岩组成，其间无隔水岩层分布，裂隙、溶洞较发育，岩溶以∈lm1-4白云岩最发育，∈_l^m1-2次之，钻孔揭露该层最大溶洞高7.46m，岩溶率为2.7%。受节理裂隙、构造和岩溶连通作用，存在连续的地下水面。

大庙地、白凳磷矿位于库尾，矿层赋存于磷矿区Є₁^m1-1、Є₁^m1-3地层中，部分直接出露于地表，大多浅埋于第四系覆盖层、筇竹寺、八道湾段（Є₁q、Є₁^m2）地层以下。两个矿山现状采用露天开采，露天采场最低开采标高1820～1825m。矿区的开采需剥离地表分布的筇竹寺和八道湾段地层，而筇竹寺和八道湾段地层为水库与矿山间主要隔水层。随着矿山开采逐步向水库推进，筇竹寺和八道湾段隔水地层将逐步减薄或被破坏，增加水库水体与中谊村段碳酸盐岩接触面积或减弱隔水层的防渗能力，致使库水沿碳酸盐岩岩溶系统涌入矿坑内，将加剧水库渗漏。水库渗漏量的变化总体随水体与透水岩体的接触范围增加，矿坑深度的加大和水库蓄水位的提高，呈增大趋势。

磷矿开采将加剧水库渗漏，不仅对水库蓄水会产生一定影响。还会增加矿山开采的抽水、污水处理费用，并对水库水质产生影响。

5.     库岸防渗工程措施

（1）在库尾新建两座挡水坝，保证磷矿开采区的污染物不进入月字庄水库。

（2）对月字庄水库库尾进行防渗，减少水库水向磷矿开采区的渗漏，减少水库水量的损失。

（3）在水库库位建设人工湿地，净化磷矿开采的污染水，净化水抽排回月字庄水库。

（4）对县街河大庙地段进行改道，提升县街河水源的水质。

6.     防渗方案设计

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6.1.           防渗底界确定

月子庄水库为小一型水库，根据水利水电工程地质勘察规范，小一型水库相对不透水层界线为岩体透水率q=5～10lu，根据《月字庄水库工程除险加固初步设计报告》中描述，水库大坝防渗底界为q≤10lu。而水库西侧及西南侧为矿区开采范围，水库渗漏对水库与采矿区的安全影响较大。本次主要采用q=10lu、5lu、3lu分别计算单宽流量，并根据对其经济技术比较后确定相应的防渗底界。主要计算公式如下：

卡明斯基公式：q=k·T·H /（2b+T）……（1）

坝基渗透总量：Q=q·B……………………………（2）

式中：q—坝基单宽渗漏量（m³/d·m）；

k—渗透系数（m/d）

H—坝前正常蓄水深（m）；

2b—坝基宽（m）；

T—渗透层平均厚度（m）；

B—渗透层平均宽度（m）；

Q—渗漏量（m³/d）

库区周边采矿区渗漏量

根据大庙地磷矿已开采矿区的影响分析，距库尾0.4km的原采空区涌水量与月字庄水库渗漏密切相关，持续多年不间断的抽水量700m³/h～800m³/h，每天渗水量为16800～19200 m³/d，略小于计算中的数值。分析其原因，主要为最近几年气候较为干旱，水库未蓄水至正常蓄水位，故总体渗漏量低于正常蓄水位时计算的渗水量。从表3-10可以看出，已开采的采空区在防渗底界为10lu时每天渗漏量为20961 m³、5lu、3lu时渗漏量分别增加1712 m³、2740 m³，分别增加百分比为8.8%、13.1%；但灌浆深度需分别增加5556m、11113m，分别增加百分比为28.6%、57.14%。在白凳矿区开采范围在防渗底界为10lu时每天渗漏量为13822m³、5lu、3lu时渗漏量分别增加1116 m³、1455m³，分别增加百分比为8.1%、10.6%；但灌浆深度需分别增加3704m、11113m，分别增加百分比为28.6%、57.1%。

综上，从经济技术方面进行比较，水库区防渗底界以≤10lu为最经济，技术可操作性也较强，故本次确定防渗底界为q=10lu。

6.2.           防渗边界确定

通过地质勘察钻孔揭露，水库右岸及库尾相对不透水层（q≤10lu）主要分布在下伏岩体30～40m范围内，即水库右岸山体地形高程需大于等于1916m（水库正常蓄水位1876.6m相对不透水层深度40m），根据水库库区形态特征及采矿区分布的范围，水库防渗起点位于大坝右岸上游1.3km库右岸山体高程一般在1915～1930m，且距已开采的采空区＞500m，故防渗灌浆边界以大坝库盆右岸山体距大坝1.3km至库尾段进行防渗处理。

6.3.           坝防渗设计

库尾帷幕灌浆位于月字庄水库库尾右岸，灌浆轴线为1881.0m高程线，灌浆孔位于轴线两侧，根据目前矿场大量渗漏现状，为安全计，灌浆采用双排孔，排距1.0m，孔距1.5m，两排孔错距0.75m。帷幕灌浆顶部高程1876.60m，帷幕灌浆底界以10Lu为界控制，灌浆平台高程1880.30m。库尾帷幕灌浆与1#、2#坝坝体、基础灌浆相结合，形成完整的防渗体系。库尾帷幕距主坝上游约1.3km，再往下游库尾距采矿区距离均在0.5km以上，且山体渐高、渐厚，库水渗漏已不严重，故以此作为灌浆起点。

整个灌浆过程应将库水放空，以免浆液被渗漏水带走。灌浆孔按三序设计，排距1.0m，孔距1.5m，最终施工时依据现场灌浆试验资料，调整灌浆参数。灌浆所用浆液的物理力学性质参照规范执行。帷幕灌浆采用双排孔，顺1881.0m高程线布设，采用干法造孔、分段灌注、少灌多复、纯压式灌浆方法。初拟灌浆孔序为三序，孔距1.5m。灌浆采用纯水粘土泥浆。灌浆压力、孔距及浆液配比通过灌浆试验确定。

灌浆前应对坝体集中渗漏点进行封堵，灌浆压力应从小到大，逐步加大。帷幕灌浆材料为纯水泥浆，灌浆压力可按P=P₀+mD计算，初定为0.15～0.3MPa，灌浆压力根据现场灌浆试验确定。灌浆水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等比级，灌浆时由稀到浓，逐渐变级，开浆水灰比采用5:1。

7.     防渗效果分析

安宁月子庄库岸防渗工程在施工过程中严格控制帷幕灌浆施工技术要求，现场严格控制帷幕灌浆的质量，且经过现场试验结果表明，帷幕灌浆各项性能指标均能满足设计要求，质量得到保证。该工程完工后蓄水运行，经过半年的运行，库岸无渗水现象，防渗效果较好。该技术对于处理库岸渗漏、低邻谷渗漏等情况具有较好的防渗效果，技术推广具备投资节省、经济效益显著等优势。