中梁水庫防滲工程現(xiàn)場(chǎng)全過程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)咨詢

屈昌華，郭維祥

（中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，550081，貴陽）

一、工程概況

中梁水電站樞紐工程由三級(jí)電站組成，其中一級(jí)電站為大寧河干流梯級(jí)開發(fā)的龍頭電站，大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高118.50 m，總庫容9 943萬m3，三級(jí)電站總裝機(jī)容量122 MW。

在喀斯特地區(qū)筑壩建庫，水庫滲漏是工程主要考慮的問題。中梁水電站樞紐一級(jí)電站水庫 （中梁水庫）區(qū)內(nèi)兩岸岸坡陡立，河谷深切。庫區(qū)為近東西向的縱向谷，碳酸鹽巖分布廣泛，喀斯特地貌發(fā)育。水庫右岸星溪溝切斷了隔水層，存在明顯的喀斯特滲漏問題，需要進(jìn)行防滲漏處理。水庫防滲漏處理成功與否直接關(guān)系整個(gè)樞紐的成敗。為確保水庫防滲漏處理的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，使水庫按期發(fā)揮效益，很有必要在施工現(xiàn)場(chǎng)開展全過程水庫防滲漏工程的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)咨詢工作。

二、咨詢工作的主要內(nèi)容

重慶水利投資集團(tuán)委托中國(guó)水電顧問集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，在中梁水庫防滲工程施工階段開展全過程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)咨詢工作。咨詢工作的主要內(nèi)容包括防滲漏處理底線與防滲漏處理標(biāo)準(zhǔn)咨詢、協(xié)助業(yè)主審查施工過程中的重大設(shè)計(jì)變更，以及與參建各方需要在施工過程中共同解決的主要技術(shù)難題、施工質(zhì)量、工期、投資控制，其中主要技術(shù)難題是協(xié)助業(yè)主方與設(shè)計(jì)方較為精確地判定溶洞邊界，確定溶洞的處理方法，根據(jù)溶洞實(shí)際情況確定合理的灌漿處理方案和方法等。

咨詢工作采用現(xiàn)場(chǎng)工作組與本部專家組共同參與的方式，充分利用中國(guó)水電顧問集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在國(guó)內(nèi)喀斯特地區(qū)水庫防滲漏勘測(cè)設(shè)計(jì)與處理方面的優(yōu)勢(shì)，以保證咨詢工作質(zhì)量，必要時(shí)邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)著名專家現(xiàn)場(chǎng)咨詢與指導(dǎo)。

三、主要技術(shù)問題的咨詢建議與效果

為防止中梁水庫因右岸星溪溝切斷庫岸隔水層產(chǎn)生喀斯特滲漏，設(shè)計(jì)要求在滲漏部位采用高壓水泥灌漿方法進(jìn)行封堵。水庫正常高水位625 m，高程以下滲漏段長(zhǎng)度約335 m，深度 185～205 m，面積約 6.5 萬 m2，分別在626 m、540 m高程設(shè)置了上、下層灌漿平洞；灌漿孔為三排孔布置，排距1.3 m，孔距 2.0 m。

1.水庫成庫條件復(fù)核分析

水庫區(qū)出露地層主要為三疊系下統(tǒng)、二疊系與志留系地層，巖性主要有角礫巖、灰質(zhì)白云巖、白云巖、頁巖、灰?guī)r、石英砂巖、泥巖，其中大隆組與大冶組中梁段為黑色薄層炭質(zhì)頁巖，組成水庫邊界的隔水地層（簡(jiǎn)稱中梁隔水層）。區(qū)內(nèi)地層受南北向擠壓應(yīng)力作用，形成一系列軸向近東西向的緊密線形褶皺，并伴有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，如天元背斜、中梁向斜等，地層走向 280°～300°/SW （NE）∠50°～85°，防滲區(qū)地處天元背斜倒轉(zhuǎn)翼，巖層陡傾，傾角 65°～88°；區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，裂隙主要發(fā)育有南北向、東西向兩組，南北向裂隙節(jié)理密集成帶發(fā)育，控制了區(qū)內(nèi)南北向沖溝的形成；區(qū)內(nèi)順層發(fā)育了3條喀斯特管道，其中#1管道與水庫滲漏相關(guān)，其余2條管道均遠(yuǎn)高于水庫正常高水位。

根據(jù)相關(guān)資料復(fù)核分析后認(rèn)為：①水庫不存在鄰谷滲漏；②水庫不存在左岸順層滲漏；③水庫右岸壩前至星溪溝及星溪溝以上河段因有完整可靠“中梁隔水層”隔水不存在滲漏，但在星溪溝中梁隔水層由于在溝底出露高程低于水庫正常蓄水位，水庫蓄水后存在沿二疊系地層的滲漏，須進(jìn)行防滲漏處理。

2.防滲漏底線確定

由于水庫區(qū)巖層陡立，防滲帷幕下無隔水層依托，為一懸掛式帷幕，底線標(biāo)準(zhǔn)為q≤3Lu，設(shè)計(jì)原帷幕底線高程為455 m。因灌漿先導(dǎo)孔揭露的喀斯特發(fā)育底線高程至440～420 m，設(shè)計(jì)單位將防滲帷幕底線高程從原455 m整體降至440～420 m，增加帷幕灌漿（3排）進(jìn)尺約1.3萬m。

咨詢認(rèn)為，在喀斯特地區(qū)進(jìn)行防滲漏處理，應(yīng)有針對(duì)性和有效性，宜根據(jù)先導(dǎo)孔、灌漿孔等鉆孔揭露的地質(zhì)變化情況、喀斯特地貌發(fā)育情況、巖體透水率、投資比較等綜合分析后作局部調(diào)整。為此，建議僅在防滲帷幕的下游排樁號(hào) 0+164～0+188 m、0+332～0+356 m、0+441～0+465 m （低水位區(qū)及喀斯特發(fā)育區(qū)）將帷幕底線降至440～420 m，下游排其他部位及上、中游排帷幕底線維持455 m高程（可根據(jù)灌漿孔的施工情況進(jìn)行局部調(diào)整）。通過咨詢優(yōu)化，實(shí)際增加的工程量為設(shè)計(jì)變更工程量的1/2，在保證防滲效果的情況下縮短了工期并節(jié)省了投資。

3.防滲漏處理效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水庫防滲處理的作用實(shí)質(zhì)上是防止庫水滲漏，基于對(duì)水庫地質(zhì)條件與喀斯特地貌發(fā)育特點(diǎn)分析認(rèn)為，應(yīng)以《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB 50287—2006）》附錄 B 喀斯特滲漏評(píng)價(jià)中的第B.0.5條的規(guī)定，結(jié)合防滲帷幕透水率設(shè)計(jì)值及其他計(jì)算方法（滲漏系數(shù)法）綜合評(píng)價(jià)為宜。

通過對(duì)水庫滲漏量計(jì)算及地質(zhì)條件分析認(rèn)為(評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn))：在防滲帷幕透水率滿足設(shè)計(jì)要求 （q≤3Lu）的條件下，其允許滲漏量不大于0.51 m3/s。

4.喀斯特溶洞處理方法

防滲線上揭露了各種類型的溶洞或強(qiáng)溶蝕區(qū)，包括充填（半充填）型溶洞、無充填型溶洞、有水（涌水）溶洞及充填型強(qiáng)溶蝕區(qū)等，是防滲線上處理的重點(diǎn)，關(guān)系帷幕防滲效果。

①對(duì)于無水、無充填型溶洞，建議以確保處理效果并兼顧投資經(jīng)濟(jì)（有效處理）為原則，處理前應(yīng)查明溶洞的大?。òl(fā)育方向）、頂?shù)装甯叱?、充填物、是否為管道等邊界條件。對(duì)于一般溶洞，可采用鉆孔回填細(xì)石混凝土、砂漿及灌注水泥漿等措施對(duì)溶洞進(jìn)行封堵；對(duì)于喀斯特管道，可采用級(jí)配料充填或用碎石與細(xì)石混凝土交替回填，處理后7天再進(jìn)行常規(guī)補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

②對(duì)于充填型(半充填型)溶洞，建議采用綜合處理措施，包括：利用灌漿孔查明溶洞規(guī)模（如溶洞頂?shù)装甯叱痰龋⒊涮钗镄再|(zhì)；溶洞發(fā)育段的灌漿孔可不按序次施工，待通過溶洞后再按序次施工；溶洞充填物為黏土?xí)r取消簡(jiǎn)易壓水；高壓沖洗（最好采用風(fēng)水聯(lián)合沖洗或大泵量沖洗）、高噴沖洗、加密灌漿孔及限流、限壓、間歇等綜合措施；當(dāng)灌漿孔在施工過程中相互串漿時(shí)，可采用高壓沖洗置換為主、降壓限量限流為輔助的處理措施。

③對(duì)于有水喀斯特管道，應(yīng)查明喀斯特管道中水的動(dòng)力特性，如流速、流量大小及流向等，對(duì)于大管道、大流速建議采用模袋堵漏；對(duì)于小型管道或窄縫狀管道建議采用級(jí)配料充填、灌注膏狀漿液及雙液控制灌漿等措施進(jìn)行處理。

④對(duì)于有涌水的溶洞，建議采用壓力屏漿、閉漿、濃漿結(jié)束等措施處理。

以上建議措施在施工中得到應(yīng)用，通過質(zhì)量檢查，其防滲標(biāo)準(zhǔn)滿足設(shè)計(jì)要求。

5.大注入量灌漿段的處理方法

喀斯特地區(qū)帷幕灌漿施工過程中出現(xiàn)一些單位注入量大于500 kg/m的灌漿段是較為普遍的，根據(jù)其他工程經(jīng)驗(yàn)建議采用以“低壓、濃漿、限流、限量、間歇”等措施為主的綜合處理法處理，主要包括：①限流標(biāo)準(zhǔn)為注入率小于15 L/min,限量灌漿干料為 2 t/m，間歇時(shí)間 24～36小時(shí)；②調(diào)整灌漿壓力；③每個(gè)灌漿段可復(fù)灌幾次，逐次提高灌漿壓力，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓力；④必要時(shí)可以縮短灌漿段長(zhǎng)度為3 m；⑤為縮短待凝時(shí)間，每次復(fù)灌將近結(jié)束時(shí)可灌注速凝漿液。

通過處理后的施工質(zhì)量檢查，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié) 語

喀斯特地區(qū)水庫防滲處理工程成功與否主要取決于前期勘測(cè)工作的精度及施工過程中采用的處理措施是否有針對(duì)性。通過中梁水電站樞紐一級(jí)電站水庫防滲處理工程全過程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)咨詢，有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

①全過程參與設(shè)計(jì)與技術(shù)咨詢模式不僅能保證咨詢工作連續(xù)，而且能通過深入現(xiàn)場(chǎng)了解主要的技術(shù)問題，提出的技術(shù)方案更加切合工程實(shí)際，有利于及時(shí)解決技術(shù)問題。

②喀斯特地區(qū)防滲處理工程地質(zhì)條件復(fù)雜，又屬于隱蔽工程，施工難度及工程量大，咨詢工作人員應(yīng)具有豐富喀斯特地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，并駐現(xiàn)場(chǎng)與其他參建各方及時(shí)解決相應(yīng)的技術(shù)問題，這是咨詢工作的重點(diǎn)。

③咨詢工作中要有針對(duì)性地利用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與工程經(jīng)驗(yàn)，與業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工等其他參建方充分研究，提出有針對(duì)性的咨詢建議，不定期邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)專家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行咨詢，這是咨詢工作的保證。

④喀斯特防滲處理設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)場(chǎng)全過程技術(shù)咨詢模式在國(guó)內(nèi)不多見，無其他工程借鑒。業(yè)主的充分信任，設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理等其他參建方的大力支持與配合是咨詢工作的關(guān)鍵。

[1]中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.重慶中梁水電站水庫防滲工程設(shè)計(jì)咨詢與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)總結(jié)工作報(bào)告[R].2009.

[2]李新明，屈昌華.基于喀斯特發(fā)育特點(diǎn)的中梁水庫防滲標(biāo)準(zhǔn)探討[J].中國(guó)水利，2011(2).

[3]中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.大寧河中梁水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告(4工程地質(zhì))[R].2005.

[4]鄒成杰.水利水電巖溶工程地質(zhì)[M].北京：水利電力出版社,1994.