株溪口水電站壩基巖溶處理的施工技術(shù)研究

路名軍

（中國水電建設(shè)集團(tuán)第十五工程局有限公司 陜西 咸陽 712000）

1 概述

株溪口水電站壩基巖溶主要發(fā)育于溢流壩 2#、3#、4#、5# 壩段，基巖由寒武系中統(tǒng)第四巖組、第五巖組紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)條帶灰?guī)r組成。第四巖組紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r沿泥巖斷層溶洞、溶槽、溶隙極為發(fā)育，沿?cái)鄬踊驇r層面形成連續(xù)性較高的溶蝕帶，溶洞多充填含泥沙卵石、粘土，少量無充填。沿溶蝕帶形成貫通性良好的管道狀漏水通道，各通道迂回貫通，F(xiàn)28斷層部位巖溶發(fā)育深度10.0m～12.0m不等，巖溶強(qiáng)烈漏水，據(jù)統(tǒng)計(jì)通過溶槽滲入基坑水量匯集后約4000m3/h～5000m3/h，且隨河床水位有明顯增減。地基承載力不均一，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

F28斷層是該范圍的主要斷層，斜穿2#、3#壩段。斷層寬度3m～8m，影響帶寬度20m～30m，沿?cái)鄬訋в腥芏窗l(fā)育。經(jīng)物探發(fā)現(xiàn)，2#壩段內(nèi)的溶洞深達(dá)12m。另一條較小規(guī)模斷層自圍堰外河床斜穿混凝土縱向堰、5#閘壩基礎(chǔ)。斷層寬度0.5m～1.5m，沿?cái)鄬訋r石裂隙發(fā)育，斷層中充填泥沙，滲水嚴(yán)重，而且此斷層與F28斷層及其影響帶連通性好。

2 巖溶地質(zhì)處理方案

針對巖溶地質(zhì)特點(diǎn)及開挖揭露的斷層、溶槽、溶洞情況，采取以下處理方案。首先，采取圍堰堵漏灌漿，減小基坑滲水量，并在工作面采取圍堵、引排等措施，確保主體工程干地施工。然后，對地基小斷層破碎帶、軟弱夾層、灰?guī)r溶蝕槽采取槽挖回填混凝土處理；對規(guī)模較大的F28斷層溶蝕風(fēng)化槽挖至一定深度鋪設(shè)“U”型鋼筋網(wǎng)澆筑混凝土或采用承載鋼筋混凝土板梁橫跨斷層破碎帶等工程措施后，再對巖溶地質(zhì)進(jìn)行處理。最后，待基礎(chǔ)混凝土全部覆蓋后，采取充填灌漿對未徹底挖出的溶槽、溶洞及回填的砂礫石、預(yù)埋的排水拱等進(jìn)行充填灌漿，達(dá)到回填、固結(jié)目的，滿足地基承載要求。

3 圍堰堵漏灌漿

為減小基坑滲水量，保證主體工程干地施工，在上游圍堰及混凝土縱向圍堰溶槽滲漏通道進(jìn)行堵漏灌漿。為保證灌漿效果，首先對已開挖的基坑進(jìn)行砂礫石回填，減小灌漿滲透壓力。

通過試驗(yàn)堵漏灌漿施工參數(shù)確定如下：單排孔灌漿，孔距1.5m，分兩序進(jìn)行施工。一序孔灌漿壓力0.5kg/cm2，二序孔灌漿壓力0.8kg/cm2，采用孔內(nèi)循環(huán)、孔口封閉的灌漿方式。施灌時(shí)，全孔一次性造孔，一段灌漿。一序孔采用0.8:1、0.5:1二個(gè)漿液比級；二序孔1:1、0.8:1、0.5:1三個(gè)漿液比級。

灌漿過程中出現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理，灌漿段注入量大而難以結(jié)束時(shí)，采用灌注速凝漿液、水玻璃等。鉆灌過程中如遇到溶洞、溶槽等較大空洞，采用先灌入混凝土、砂石骨料等對大空洞進(jìn)行填充，再進(jìn)行水泥灌漿，并在兩側(cè)加密灌漿孔。

4 壩基巖溶地質(zhì)處理

壩基處理在圍堰堵漏灌漿施工完成，基坑滲水明顯減小的情況下進(jìn)行。先挖除基坑填壓的砂礫石。然后按照分塊處理、由易到難的原則進(jìn)行壩基巖溶地質(zhì)處理。巖溶地質(zhì)處理順序按 5#、4#、2#、3# 壩段依次處進(jìn)行。

4.1 5#壩段處理

5#壩基有一條小型斷層通過，斷層寬度0.5m～1.5m，無溶槽發(fā)育，地質(zhì)條件較好。但巖石破碎，壩段上齒槽、下齒槽有集中滲水點(diǎn)。針對此種情況，首先采用人工將斷層充填物挖除，挖深達(dá)斷層寬度的1.5倍。隨著斷層挖深，5#壩段內(nèi)滲水都被集中到已開挖的上齒槽斷層內(nèi)，涌水點(diǎn)滲水量大，滲水具有一定壓力，呈噴涌狀態(tài)。

先將滲點(diǎn)周圍巖石開挖成比較規(guī)則體型，采用圍堵、填塞等方式使?jié)B水集中滲出，然后選用直徑300mm的鋼管。在鋼管一頭焊接一個(gè)放大漏斗，漏斗正對涌水點(diǎn)垂直壓上去，周圍用礫石包裹，外部采用速凝砂漿抹面。涌水被鋼管集中引排至壩基外，達(dá)到5#壩段混凝土干地施工條件。然后依次澆筑斷層混凝土塞、上齒槽、堰體混凝土，5#壩段基礎(chǔ)全部覆蓋后，用木頭堵死排水管，控制住滲水。

4.2 4#壩段處理

4#壩基地質(zhì)條件較好，無斷層分布，但受斷層破碎帶影響，巖石裂隙發(fā)育。由于5#壩段基礎(chǔ)已被混凝土覆蓋，原5#壩段斷層滲水大多由4#壩段下齒槽裂隙漏出，滲水與主要斷層F28連通性好。針對這一特點(diǎn)，深挖F28斷層填充物，使?jié)B水點(diǎn)轉(zhuǎn)入更低的洞隙、斷層內(nèi)，引至F28斷層集中抽排。少量集中滲水采用鋼管引排壩外，從而使4#壩基基本處于干地，具備混凝土施工條件。

4.3 2#壩基處理方案

整個(gè)2#閘壩段巖溶發(fā)育，F(xiàn)28斷層及影響帶的大部分區(qū)域分布其內(nèi)，寬度由上齒槽向下齒槽逐漸由2m減變到8m，影響帶寬度20m～30m，深度10m～12m。且由于4#、5#壩基覆蓋，基坑滲水均集中到F28溶槽內(nèi)。因此，該壩基處理是整個(gè)基坑處理的重點(diǎn)。

由于溶槽滲水量大，2#壩段下齒槽部位10m～12m深度溶洞填充物無法徹底挖除，斷層寬度2m～8m，斷層處理開挖、回填混凝土塞的深度按規(guī)范要求需達(dá)到斷層寬度的1.5倍，在該區(qū)域無法實(shí)現(xiàn)。鑒于此情況，溶槽處理分兩區(qū)處理，上游齒槽及堰體部位為Ⅰ區(qū)，該部位采取挖深1.5倍溶槽寬度，并將溶槽開挖成“V”斷面，直接回填混凝土。下齒槽部位為Ⅱ區(qū)，采取承載板梁結(jié)構(gòu)，以滿足壩基承載力要求。

2#壩基處理前，先在F28斷層上、主體工程范圍外深挖集水井，匯集基坑滲水，并安設(shè)抽水設(shè)備，強(qiáng)排滲水，使水位保持在回填混凝土面以下，保證混凝土干地施工。

Ⅰ區(qū)采用長臂挖機(jī)開挖至設(shè)計(jì)高程及斷面后，底部鋪填0.5m砂礫石，布置一層主筋φ32@100mm、分布筋φ25@100mm的鋼筋網(wǎng)，再澆筑C15混凝土回填至建筑物基礎(chǔ)高程。

Ⅱ區(qū)開挖完成后，將F28斷層兩側(cè)新鮮完整巖石作為支撐，支座寬度大于1.5m，安裝設(shè)計(jì)板梁鋼筋，再用C15混凝土整體回填F28斷層。

4.4 3#壩基處理方法

3#壩基處于基坑最低處，滲水量大，分布廣，且2#、4#、5#壩段完成基礎(chǔ)混凝土覆蓋后，基坑滲水大量由3#壩段溢出，下齒槽滲水尤為嚴(yán)重。

施工時(shí)先利用下齒槽地勢低的條件，采用開挖排水槽、埋設(shè)鋼管等措施將堰體、上齒槽滲水引排至下齒槽。先對上齒槽、堰體部位進(jìn)行混凝土覆蓋，然后在下齒槽開挖一條0.5m×0.5m排水溝，排水溝上蓋0.8m直徑混凝土半圓預(yù)制拱，將基坑滲水集中引排至壩基外的集水井。排水溝下游側(cè)設(shè)混凝土截水墻，防止下游滲水流入下齒槽施工面，從而使3#壩段砼澆筑處于干地狀態(tài)?；炷翝仓?，對排水槽進(jìn)行封堵。

4.5 壩基固結(jié)、充填灌漿

大壩基礎(chǔ)完全覆蓋后，對巖溶地質(zhì)進(jìn)行固結(jié)、充填灌漿施工。在靜水條件下采用灌漿措施將壩基內(nèi)的溶洞空腔、預(yù)埋的排水管、混凝土與基礎(chǔ)面結(jié)合面的空隙進(jìn)行回填，并將未挖除的溶槽填充物，施工過程中的拋填塊石及回填的砂礫石進(jìn)行固結(jié)，以提高壩基整體穩(wěn)定性和承載力，增強(qiáng)壩基抗?jié)B性，保證工程的質(zhì)量。

壩基固結(jié)灌漿孔呈梅花形布置，間、排距均為3m，灌漿孔入巖6m，灌漿壓力0.3MPa～0.5MPa，分兩序鉆灌。施工中安設(shè)抬動(dòng)觀測裝置，以防混凝土發(fā)生抬動(dòng)。漿液采用 2：1、1：1、0.5：1三個(gè)漿液配比。根據(jù)壩基巖石揭露情況及地質(zhì)整理資料的情況，在斷層、溶槽發(fā)育的部位加密固結(jié)孔，遇到溶槽和空洞增加入巖深度。

充填灌漿布置在2#、3#閘壩下齒槽及F28斷層處，采用自上而下分段灌漿法，孔距、排距均為2m，呈梅花形布置，灌漿壓力為0.3 MPa～0.5MPa，并通過試驗(yàn)調(diào)整。漿液水灰比、漿液拌制、變換和灌漿結(jié)束及封孔按規(guī)范施工。

5 成果分析

在株溪口水電站巖溶地質(zhì)處理過程中，根據(jù)巖溶特點(diǎn)，有針對性地采取了掏槽、填混凝土塞、深挖澆筑鋼筋混凝土承載板梁、固結(jié)灌漿、充填灌漿和增加帷幕灌漿排數(shù)、深度等綜合處理措施，考慮全面，滿足規(guī)范規(guī)定，達(dá)到了預(yù)期目的。在工程竣工驗(yàn)收過程中得到驗(yàn)收專家的一致肯定。陜西水利