復(fù)雜地質(zhì)區(qū)水利工程施工處理技術(shù)淺析

【摘要】水電作為清潔能源一直得到了國家的大力發(fā)展，隨著水利水電事業(yè)的不斷發(fā)展，必然會遇到諸如巖溶、軟土等特殊復(fù)雜的地質(zhì)區(qū)，如何保障在這些復(fù)雜地質(zhì)區(qū)的施工質(zhì)量、安全與進(jìn)度成為水電建設(shè)者較為關(guān)心的話題。本文對水利工程建設(shè)當(dāng)中最為常見的幾種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析，并結(jié)合某軟土溶洞地區(qū)水電工程建設(shè)實例，詳細(xì)介紹了其施工過程中采取的主要保障措施和技術(shù)，為類似復(fù)雜地質(zhì)區(qū)水利工程的施工建設(shè)提供借簽。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)；水利工程；施工技術(shù)；軟土溶洞區(qū)

近些年來，我國的水利水電事業(yè)取得了長足的發(fā)展，一大批水電項目已建成或正處于開發(fā)建設(shè)階段，但良好地質(zhì)條件的水電工程基本已開發(fā)完畢，一些復(fù)雜地質(zhì)工程區(qū)的水電項目則逐漸被提上日程，但也給開發(fā)建設(shè)特別是施工環(huán)境帶來了新的挑戰(zhàn)，施工技術(shù)的創(chuàng)新和選用更是建設(shè)管理過程中存在的一大難點，為確保工程的長期穩(wěn)定、承壓、耐久性和抗腐蝕性，必須有針對性的選擇施工方案和技術(shù)措施。

杜林，鄧樹密對復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍堰高噴防滲施工質(zhì)量控制進(jìn)行了分析探討，提出了設(shè)計和施工過程中的應(yīng)當(dāng)控制的幾點關(guān)鍵技術(shù)；劉銳對復(fù)雜地質(zhì)條件下中小型水利工程的勘測設(shè)計工作當(dāng)中存在的問題進(jìn)行了淺析，認(rèn)為應(yīng)該以科學(xué)化、系統(tǒng)化的管理流程，以期加快進(jìn)度，提高質(zhì)量；代建兵對水利施工中軟土地基處理技術(shù)進(jìn)行了分析，提出對施工現(xiàn)場要充分進(jìn)行考察和分析，摸清實際情況，做到有的放矢，從而確保水利工程的地基質(zhì)量。

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，對常見的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了分析，并簡要提出了相應(yīng)的解決措施，同時結(jié)合某一軟土溶洞地區(qū)水電工程為例，闡述了施工過程中采取的各項技術(shù)措施，為該類工程提供借簽。

1、幾種常見復(fù)雜地質(zhì)施工處理技術(shù)簡介

1.1 軟土

軟土壩基是水利工程中較為常見的地質(zhì)環(huán)境之一，由于其具有強(qiáng)度低、壓縮性大、孔隙度高及含水量高等特性，使得本身具有流變大變形、觸變性、抗剪強(qiáng)度低等工程特點，對于水利工程具有較大的危害。一般而言，處理軟體壩基的方法有以下幾種：（1）換填法；（2）排水固結(jié)法；（3）振動水沖法；（4）旋噴法；（5）人工材料加筋加固法：（6）灌漿法；（7）樁基法；（8）化學(xué)加固法。其中，換填法、灌漿及樁基法是目前水利工程中最為采用的施工處理措施。

1.2 巖溶

西南地區(qū)是我國水電資源較為集中的區(qū)域之一，但在云貴川普遍存在著可溶碳酸巖節(jié)理裂隙發(fā)育地帶，在這些復(fù)雜地質(zhì)區(qū)修建水利工程容易引發(fā)壩基不均勻沉降變形、開裂甚至壩基塌陷，對于壩基安全非常不利，若無法避開巖溶地質(zhì)區(qū)以現(xiàn)如今的施工處理技術(shù)，在巖溶地區(qū)修建水利工程，一般需采取高壓灌漿處理、開挖回填、強(qiáng)夯、旋噴樁等方法。

1.3 斷裂構(gòu)造部位

通常而言，水利工程特別是水電站的建設(shè)在設(shè)計選址時是要避開斷裂構(gòu)造帶的，但有時因工程的特殊性無法避免在此特殊區(qū)域修建，就必須考慮其基礎(chǔ)的抗壓、抗滑、抗?jié)B及抗剪等力學(xué)特性，為此在施工過程中通常需要采取固結(jié)灌漿法、樁基法、鋼筋加固法等多種措施，以保證水電工程的長期穩(wěn)定及安全。

1.4 采空區(qū)

在某些特殊地區(qū)，由于采礦等人類活動留下大面積的采空區(qū)，在這些地區(qū)修建水利工程的施工難度也相當(dāng)大，首先需要考慮的就是地面沉降和塌陷問題，目前，針對采空區(qū)行之有效的方法主要有：（1）鉆孔灌漿密實法；（2）開挖回填；（3）強(qiáng)夯或者碾壓法；（4）干砌/漿砌圬工支撐法等。而灌漿材料的選擇，孔距的布置，灌漿壓力和方式，回填材料、碾壓功率等是采空區(qū)水利工程施工需要重點考慮的因素。

2、工程實例分析

2.1 工程地質(zhì)情況

某水利工程位于云南省境內(nèi)，設(shè)計灌溉面積20.15萬畝，總庫容3600萬m3，年發(fā)電量1080萬kw.h。經(jīng)地質(zhì)勘查，庫區(qū)主要為前寒武系、寒武系、奧陶系以及志留系地層，河谷谷底及兩岸還分布有第四系全新統(tǒng)殘坡積層、崩坡積層和侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組泥巖、砂巖，地層自上而下可以分為：種植土、淤泥、粉砂、粗角礫土、粉質(zhì)粘土、破碎角礫巖，庫區(qū)13～17m處下伏碳酸鹽巖地層，巖層走向與河流流向的夾角30-55°，為斜向谷，壩址主要分布有基巖巖溶水和河床卵石孔隙水，部分地區(qū)存在暗河。

2.2 主要施工工藝

（1）軟土覆蓋層的開挖回填及碾壓。由于壩區(qū)存在較厚的軟土地基層，在施工過程中，采取有效的清理和開挖回填，再進(jìn)行碾壓處理，最后對其進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。具體的施工措施為：在基坑進(jìn)行開挖清理過程中，須將雜質(zhì)廢棄物等進(jìn)行徹底清理，在遇到松動巖塊時完全清除，直到將表層清理至新鮮面，對于無法清理干凈的特殊部位，對其進(jìn)行沖擊碾壓，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、工期以及壓實效果等綜合因素，確定在此軟土壩基地質(zhì)環(huán)境下的最佳壓實碾壓次數(shù)為20次；采用42.5中熱硅膠鹽水泥，人工砂細(xì)度模數(shù)為2.6-2.7，石粉含量為14.5%-14.6%，<0.08mm顆粒為5.6% ～5.87%，人工碎石表觀密度為2730kg/m3，吸水率為0.4%，水膠比0.45，粉煤灰摻量比為50%的混凝土進(jìn)行碾壓回填，最佳壓實遍數(shù)15次；基坑回填完畢之后，對河床段進(jìn)行固結(jié)灌漿。

（2）固結(jié)灌漿。壩區(qū)開挖過后，存在溶槽發(fā)育的角礫巖，力學(xué)性質(zhì)較弱，對于大壩基巖的安全穩(wěn)定具有很大影響，因而需要進(jìn)行灌漿處理，增強(qiáng)其抗?jié)B性能。灌漿主要材料配合比為：水：水泥：粉煤灰=1：0.15：0.85，外加一定量的外加劑，鉆孔間排距為15m，灌漿過程中進(jìn)行了有針對性的試驗分析，繪制了試驗區(qū)域灌漿孔的單孔灌漿曲線，以驗證漿液的流動性是否滿足要求，見圖1。從圖中可以看到，在水固比1：1情況下，漿液的流動性較好，擴(kuò)散度能夠滿足充填灌漿的質(zhì)量要求，隨著灌漿流量的驟降，壓力驟然增大，灌漿工作也結(jié)束。灌漿阻塞方式采用似法蘭盤法，當(dāng)空口壓力在規(guī)定值1MPa，流量小于10L/min，穩(wěn)定時間20min以上，該孔注漿施工正式結(jié)束。

（3）溶洞的施工處理措施。溶洞對于基礎(chǔ)傳遞應(yīng)力十分不利，難以滿足基礎(chǔ)的抗?jié)B和穩(wěn)定性能。在工程施工過程中，若溶槽較為狹窄，則需擴(kuò)挖至槽低，若溶槽深度過大，則是采用1：0.5的濃漿膏液進(jìn)行灌注封堵。在壩基溶洞處，經(jīng)勘探有暗河流經(jīng)，在施工時利用大直徑鉆孔至溶洞頂部，在灌漿的同時，依次投入直徑為4-6cm的碎石、1-2cm機(jī)制砂、河砂，直到溶洞全部填充完畢，遇到較大溶洞時，需進(jìn)行素混凝土埋管并分兩次封堵，首次封堵需埋管引流，并配置閥門，待首次封堵混凝土達(dá)到28d齡期過后，關(guān)閉閥門，迅速進(jìn)行二次封堵，將暗河徹底封堵。

（4）施工質(zhì)量檢查。壩區(qū)工程處理完畢后，對各單元工程進(jìn)行了試驗檢測和監(jiān)測，結(jié)果顯示，壩基滲壓系數(shù)小于設(shè)計要求值，防滲效果良好；壩基相對垂直位移1mm，水平相對垂直位移2mm，沒有發(fā)生不規(guī)則的沉降。

經(jīng)處理過后的壩基基礎(chǔ)處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3、結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)條件給水利工程的開發(fā)建設(shè)增加了諸多的設(shè)計施工難點，采取有效的施工手段方能使工程達(dá)到長期的穩(wěn)定與安全。本文結(jié)合某一軟土溶洞水利工程實例，總結(jié)分析了施工過程采取的主要施工技術(shù)，為類似工程的施工建設(shè)提供工程經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳學(xué)森.關(guān)于水利施工技術(shù)現(xiàn)狀及改進(jìn)措施探析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（14）：89.

[2]楊 巍. 當(dāng)前水利施工技術(shù)水平的改進(jìn)措施分析[J]. 科技資訊， 2015， 13（24）：94-95.

[3]杜 林， 鄧樹密. 復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍堰高噴防滲施工質(zhì)量控制[J]. 四川水力發(fā)電， 2015， 34（1）：78-82.

[4]劉 銳. 復(fù)雜地質(zhì)條件下中小型水利工程勘測設(shè)計工作若干問題思考[J].建設(shè)管理，2017，（1）：59-62.

[5]代建兵. 水利施工中軟土地基處理技術(shù)[J]. 中國水運(yùn)月刊， 2013， 13（8）：223-224.

[6]黃祥平. 水利工程下伏深層采空區(qū)處理方法[J]. 水電與新能源， 2014（3）：14-16.

作者簡介：冉建安，男，（1980.09～），漢族，四川營山縣人，工程師，大學(xué)本科，工作方向：主要從事水利工程施工管理工作