去學水電站防滲帷幕區(qū)域巖溶處理施工方法

許 天 龍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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去學水電站防滲帷幕區(qū)域巖溶處理施工方法

許 天 龍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

去學水電站攔河壩為目前世界上在建最高的瀝青混凝土心墻壩，最大壩高171.2 m，其右岸壩址區(qū)巖溶極為發(fā)育。對去學水電站右岸壩址區(qū)防滲帷幕施工區(qū)域巖溶處理施工方法進行了詳細的總結(jié)說明，對于存在類似地質(zhì)情況的巖溶處理具有一定的借鑒意義。

去學水電站；防滲帷幕；巖溶處理；施工方法

1 工程概述

四川碩曲河去學水電站位于定曲河(金沙江一級支流)最大支流碩曲河干流上。去學水電站工程采用混合式開發(fā)。工程等別為二等，工程規(guī)模為大(2)型；正常蓄水位高程為2 330 m，水庫總庫容1.326億m3，電站裝機容量為246 MW。

去學水電站攔河壩為目前世界上在建最高的瀝青混凝土心墻壩，最大壩高171.2 m。據(jù)壩址區(qū)地質(zhì)測繪成果統(tǒng)計，壩址區(qū)地表共發(fā)現(xiàn)17條斷層，且以N15°W～SN/SW∠50°～60°為主，其中規(guī)模較大的斷層為F109。

壩址區(qū)溶蝕裂隙較為發(fā)育，以順層溶蝕裂隙最為普遍，溶蝕裂隙順層延伸忽寬忽窄，長度為50～150 m，常見寬度為0.1～0.5 m。鑒于右岸壩址區(qū)巖溶分布較多，筆者根據(jù)不同巖溶的發(fā)育情況制定出切實有效的處理方案并進行了有針對性地巖溶處理，取得了較好的治理效果。

2 右岸滲漏特征分析與治理措施的制定與實施

2.1 右岸滲漏特征分析

壩址區(qū)右岸的滲漏型式與巖溶發(fā)育情況和構(gòu)造有密切關系。從巖溶發(fā)育情況、風化、卸荷、構(gòu)造上考慮，綜合鉆孔勘探、物探測試成果分析得知，壩址區(qū)右岸滲漏形式分為三個區(qū)：(1)基巖裂隙型滲漏發(fā)育區(qū)——A區(qū)；(2)溶蝕裂隙型滲漏發(fā)育區(qū)——B區(qū)；(3)巖溶管道型滲漏發(fā)育區(qū)——C區(qū)(圖1)。

(1)基巖裂隙型滲漏發(fā)育區(qū)—A區(qū)。

基巖裂隙型滲漏發(fā)育區(qū)巖溶不發(fā)育，巖體一般較完整，滲漏型式以基巖裂隙型滲漏為主。

(2)溶蝕裂隙型滲漏發(fā)育區(qū)—B區(qū)。

溶蝕裂隙型滲漏發(fā)育區(qū)分布在壩橫0+156～0+297、高程2 150～2 316 m之間，為一直立的壺形區(qū)域。區(qū)域內(nèi)卸荷帶發(fā)育，巖體破碎，巖石蝕變強烈，巖溶以溶蝕裂隙與溶蝕孔隙為主，滲漏型式為溶蝕裂隙型滲漏。

(3)巖溶管道型滲漏發(fā)育區(qū)—C區(qū)。

巖溶管道型滲漏發(fā)育區(qū)即SK1發(fā)育區(qū)，分布在壩橫0+227～0+284、高程2 238～2 248 m之間，為一近水平的條形區(qū)域。區(qū)內(nèi)溶洞發(fā)育，溶洞被粘土完全充填，滲漏型式為巖溶管道型滲漏。

2.2 巖溶治理措施及實施

2.2.1 巖溶區(qū)溶孔部位的灌漿施工

由于壩址區(qū)普遍分布可溶巖體，故區(qū)域內(nèi)溶蝕孔洞較為發(fā)育，主要表現(xiàn)為獨立小溶孔，部分為順層發(fā)育的串珠狀溶孔(溶洞)，針對該類地層巖溶采取的專項處理方法為：

(1)勘察階段壩址區(qū)巖石力學試驗結(jié)果表明：壩址區(qū)巖體在2～3 MPa壓力作用下即產(chǎn)生劈裂破壞，因此，對獨立小溶孔的灌漿起灌應采用2∶1的稀漿灌注，當起壓力時有回漿的情況下，用2∶1漿液一次灌注至設計壓力，然后迅速充填巖溶區(qū)域溶孔；

(2)在灌漿過程中出現(xiàn)注入率突然增大而壓力變化不大時，應采用原漿液持續(xù)灌注，同時觀察灌漿區(qū)域是否出現(xiàn)串、冒、漏漿現(xiàn)象；若無，則直至達到設計壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標準；若出現(xiàn)串、冒、漏漿現(xiàn)象，應采取鑲縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復灌等方法進行處理，直至其達到規(guī)定的結(jié)束標準；

圖1 大壩右岸防滲分區(qū)圖(單位：m)

(3)當灌漿過程中出現(xiàn)注入率增加較大而灌漿壓力逐漸減小時，應逐級變濃灌注漿液；當變濃一級漿液灌注后，若壓力逐漸上升，則不應再變濃漿液持續(xù)灌注，直至達到設計壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標準；

(4)當灌漿漿液變濃至0.5∶1的水灰比后，灌漿注入率仍然較大且無回漿時，應采取限流、限量、間歇、待凝措施進行灌注。當采取上述措施灌注后出現(xiàn)回漿時，應持續(xù)灌注至升壓。當采取上述措施灌注后仍無壓、無回漿時，則灌注至水泥干耗10 t后待凝，復灌時應查明原因，制定特殊孔段灌漿措施后進行灌注，灌至規(guī)定的結(jié)束標準。

2.2.2 溶蝕裂隙的灌漿施工

通過對前期進行的去學水電站右岸SK1巖溶系統(tǒng)專項勘察及生產(chǎn)性灌漿試驗成果進行分析得知，去學水電站壩址區(qū)溶蝕裂隙主要為以下幾種：(1)無充填型溶蝕裂隙；(2)溶蝕夾層或緩傾角溶蝕破碎帶；(3)充填型溶蝕裂隙。針對以上地層的巖溶采用的專項處理方法主要為以下幾種。

(1)無充填型溶蝕裂隙的灌漿施工。

無充填型溶蝕裂隙在鉆孔過程中主要表現(xiàn)為輕微掉鉆或不返水。這一情況的出現(xiàn)有可能是該溶蝕裂隙與附近某個溶洞或溶蝕管道存在溶蝕裂隙連通，因此，灌漿時必須對與該溶蝕裂隙連通的小溶洞或溶蝕管道進行填充或封堵。

①灌漿前采用鉆孔數(shù)字成像儀對出現(xiàn)掉鉆的部位進行探測，初步查明該部位的巖溶情況，或通過連通試驗查明該溶蝕裂隙的連通性，制定有針對性的灌漿處理方法，選用相應的灌漿漿液及配比；

②當溶蝕裂隙灌漿很快出現(xiàn)回漿升壓時，應繼續(xù)使用當前灌注的漿液水灰比持續(xù)灌注，直至達到設計壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標準；

③當溶蝕裂隙灌漿注入率較大、注入量達到水泥干耗至10 t后，注入率無明顯變化，灌漿壓力也沒有提升時，應采取限流、限量的措施繼續(xù)灌注至水泥干耗15 t后待凝，待凝24 h后掃孔復灌。復灌時，起灌水灰比采用與待凝前相同的水灰比，若復灌水泥干耗達15 t仍未能返漿、升壓，則繼續(xù)采取待凝、復灌措施處理；若復灌時注入率減小、孔內(nèi)回漿、壓力提升，則應持續(xù)灌注，這時不應限量，直至灌漿壓力升至設計壓力，灌注至規(guī)定的結(jié)束標準，該段灌漿方能結(jié)束，待凝24 h后，進行下一灌注段的施工；

④溶蝕裂隙灌漿處理時，若出現(xiàn)注入量較大的孔段，應注意觀察下一層灌漿平洞或壩肩邊坡是否有漏漿或冒漿現(xiàn)象，若出現(xiàn)漏、冒漿情況，應立即采取措施對漏、冒漿點進行封堵處理，同時，對灌漿孔采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復灌等方法進行灌注，直至其達到規(guī)定的結(jié)束標準。

(2)溶蝕夾層或緩傾角溶蝕破碎帶的灌漿施工。

溶蝕夾層或緩傾角溶蝕破碎帶在鉆孔過程中主要出現(xiàn)卡鉆及孔內(nèi)掉塊現(xiàn)象，灌漿施工時應盡快升至設計壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標準。

①當鉆孔過程中出現(xiàn)卡鉆、掉塊但孔內(nèi)有返水時，采用水灰比為2∶1的水泥漿液開灌，達到變漿要求時，按照規(guī)定逐級變漿灌注，若注入率逐漸變小、壓力逐步上升，則應一次性灌至設計壓力，達到規(guī)定的結(jié)束標準。若灌漿注入率較大，灌注至水泥干耗5 t后仍無明顯變化時，則應采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復灌等方法進行灌注，待凝24 h、掃孔后復灌，直至達到規(guī)定的結(jié)束標準；

②當鉆孔過程中出現(xiàn)卡鉆、掉塊但孔內(nèi)無返水時，應按照無充填型溶蝕裂隙的處理方法進行灌漿。

(3)充填型溶蝕裂隙的灌漿施工。

充填型溶蝕裂隙在鉆孔過程中主要表現(xiàn)為孔內(nèi)的返水呈黃泥色，灌漿施工時，主要采取擠壓密實和置換的方法進行處理。灌漿過程中，如其他孔段出現(xiàn)黃泥或黃泥水串出，則待被串孔串出濃漿后封閉被串孔灌至升壓。若其他邊墻、邊溝、底板出現(xiàn)黃泥或黃泥水串出，待串出黃泥部位串出濃漿后采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復灌等方法進行處理。

(4)溶洞及巖溶管道的灌漿施工。

壩址區(qū)防滲帷幕線附近、尤以溶洞和巖溶管道對防滲帷幕灌漿效果產(chǎn)生較大影響。從前期大量的勘察工作及生產(chǎn)性灌漿試驗成果看，帷幕線附近的溶洞(巖溶管道)多以黃泥充填、半充填和流沙(砂礫石)充填型溶洞(巖溶管道)為主。

常用的巖溶管道探測手段有：鉆探、孔內(nèi)錄像、連通試驗、投紅試驗、CT掃描等。

在鉆孔過程中，當出現(xiàn)失水、掉鉆、涌水等現(xiàn)象、灌漿中復灌未達結(jié)束標準時，應立即采取適當?shù)姆椒ㄟM行探測。首先根據(jù)故障現(xiàn)象進行分析，然后采用有效的方法或孔內(nèi)錄像、或周圍加孔鉆探、或連通試驗、或投紅試驗、或采用電磁波CT掃描等探明溶洞走向、水平范圍及頂?shù)装甯叱?、有無充填物及充填物類型，再根據(jù)實際溶洞狀況采取適宜的處理辦法。

(5)充填、半充填型溶洞(巖溶管道)的灌漿施工。

①溶洞(巖溶管道)較大，充填物為砂子、砂礫石、采用高壓灌漿難以處理時，采用高壓旋噴灌漿方法進行處理。鉆孔及旋噴采用SGB-300B型地質(zhì)鉆機(最低轉(zhuǎn)速為32 r/min，)，灌漿泵采用SGB9/12型高壓注漿泵(最大壓力為9 MPa，排漿量為120 L/min)。鉆機就位后，鉆孔至溶洞(巖溶管道)底板以下0.5 m，將鉆桿前端安裝高壓旋噴鉆頭，鉆至需進行旋噴灌漿處理的孔深位置。施工參數(shù)初步擬定為：孔距0.5 m，水灰比為1∶1的水泥漿液，壓力為4～5 MPa，旋轉(zhuǎn)速度為32 r/min，提升速度為10～20 cm/min；

②溶洞(巖溶管道)充填物為砂性土、粘性土時，采用高壓灌漿方法進行處理。當注入量很大，水泥干料達10 t以上時尚不起壓，待凝3 d，掃孔復灌。如注入率仍然很大、灌漿壓力仍然很低時，立即采取限流灌注，當干料達5 t以上仍不見效果時，立即采用間歇灌漿法，再次限量5 t，如此反復，直至達到正常結(jié)束標準為止；

③在充填物溶洞(巖溶管道)鉆進難以成孔時，可采用跟管鉆進，在充填物段置入花管，然后在花管內(nèi)自上而下分段灌漿，將灌漿段長一般控制在1～2 m，初始水灰比不大于1；

④如溶洞(巖溶管道)充填物泥質(zhì)含量高、可灌性較差時，可選用丙烯酸鹽等化灌材料進行化學灌漿。

(6)無充填型溶洞(巖溶管道)的灌漿施工。

對于無充填型溶洞(巖溶管道)，采用以細石混凝土、高流態(tài)混凝土、級配料配合砂漿灌注回填結(jié)合補強灌漿的方式進行處理。

①對于大型空洞型溶洞(巖溶管道)，優(yōu)先采用灌注高流態(tài)混凝土的方法進行處理。根據(jù)施工的具體條件，確定人工孔口下料法或混凝土泵下料法，下料孔徑不小于110 mm；

②鉆進時遇較大型巖溶無地下水或地下水流速不高時，可采用填筑骨料法(亦稱骨料壓漿法)進行處理。所填筑的骨料為粒徑小于40 mm的碎石，下料孔徑不小于110 mm。在填筑骨料前，將φ25注漿花管下入到溶洞底，待骨料填滿后，從φ25注漿花管內(nèi)送入有壓力的水泥漿液或水泥砂漿，注入一定量后可上提一段注漿花管；若溶洞(巖溶管道)較大，為防止?jié){液擴散、半徑過大，可在漿液中摻加適量的速凝劑，但應將初凝時間控制在10～30 min之間，并且只能間斷性摻加速凝劑；

③溶洞(巖溶管道)規(guī)模大、地下水流速高時，在大口徑灌漿孔內(nèi)投入砂石料或混合料進行回填，或進行膜袋灌漿并降低地下水的流速，然后按上述措施灌注。必要時可灌注水泥、水玻璃雙液漿或粉煤灰水泥、水玻璃雙液漿、膏漿、速凝膏漿，采用雙液漿孔底混合灌漿技術(shù)和速凝膏漿灌漿技術(shù)。由于摻加了活性劑和速凝水泥，其凝結(jié)時間很短(10～30 s)，可控制漿液的擴散距離，防止?jié){液流失，從而快速地封堵住滲水通道，便于進行高壓灌漿，建成防滲帷幕；

④對于較小的空洞巖溶(巖溶管道)，可直接灌入水灰比為0.5∶1的水泥漿，若注入量很大、又無壓力，可改灌水泥砂漿或膏狀漿液至孔口返漿時停止灌注。

(7)連通性溶洞(巖溶管道)、溶槽的灌漿施工。

當遇到較大或連通的溶洞(巖溶管道)、溶槽等漏水嚴重地段時，可通過大口徑鉆孔或開挖豎井等手段，由施工人員進入溶洞(巖溶管道)內(nèi)將溶洞(巖溶管道)或溶槽內(nèi)充填的松散、不穩(wěn)定的雜物、碎石土和殘渣等清除干凈，然后回填混凝土，最后進行補強灌漿。當溶洞、溶槽范圍太大時，可在帷幕軸線上構(gòu)筑混凝土防滲墻，最后進行墻下帷幕的施工。

3 結(jié) 語

針對去學水電站右岸壩址區(qū)在巖溶高度發(fā)育的情況下，根據(jù)不同的巖溶情況，采用與之對應的處理方法，在滿足規(guī)范及設計要求的同時，較好地完成了巖溶處理任務，質(zhì)量檢查情況良好，為大壩安全蓄水奠定了基礎。

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV52;TV223.3+3

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1001-2184(2016)06-0011-04

許天龍(1982-)，男，黑龍江虎林人，去學項目部總工程師兼工程部主任，工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.