許 天 龍

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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去學(xué)水電站防滲帷幕區(qū)域巖溶處理施工方法

許 天 龍

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

去學(xué)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(duì)去學(xué)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(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)說明，對(duì)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(xué)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(xué)水電站位于定曲河(金沙江一級(jí)支流)最大支流碩曲河干流上。去學(xué)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(kù)總庫(kù)容1.326億m3，電站裝機(jī)容量為246 MW。

去學(xué)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(cè)繪成果統(tǒng)計(jì)，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(zhǎng)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(shí)有效的處理方案并進(jìn)行了有針對(duì)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(shí)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(guān)系。從巖溶發(fā)育情況、風(fēng)化、卸荷、構(gòu)造上考慮，綜合鉆孔勘探、物探測(cè)試成果分析得知，壩址區(qū)右岸滲漏形式分為三個(gè)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(qiáng)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(shí)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(dú)立小溶孔，部分為順層發(fā)育的串珠狀溶孔(溶洞)，針對(duì)該類地層巖溶采取的專項(xiàng)處理方法為：

(1)勘察階段壩址區(qū)巖石力學(xué)試驗(yàn)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(duì)獨(dú)立小溶孔的灌漿起灌應(yīng)采用2∶1的稀漿灌注，當(dāng)起壓力時(shí)有回漿的情況下，用2∶1漿液一次灌注至設(shè)計(jì)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(shí)，應(yīng)采用原漿液持續(xù)灌注，同時(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；若出現(xiàn)串、冒、漏漿現(xiàn)象，應(yīng)采取鑲縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復(fù)灌等方法進(jìn)行處理，直至其達(dá)到規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；

圖1 大壩右岸防滲分區(qū)圖(單位：m)

(3)當(dāng)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(shí)，應(yīng)逐級(jí)變濃灌注漿液；當(dāng)變濃一級(jí)漿液灌注后，若壓力逐漸上升，則不應(yīng)再變濃漿液持續(xù)灌注，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；

(4)當(dāng)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(shí)，應(yīng)采取限流、限量、間歇、待凝措施進(jìn)行灌注。當(dāng)采取上述措施灌注后出現(xiàn)回漿時(shí)，應(yīng)持續(xù)灌注至升壓。當(dāng)采取上述措施灌注后仍無壓、無回漿時(shí)，則灌注至水泥干耗10 t后待凝，復(fù)灌時(shí)應(yīng)查明原因，制定特殊孔段灌漿措施后進(jìn)行灌注，灌至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 溶蝕裂隙的灌漿施工

通過對(duì)前期進(jìn)行的去學(xué)水電站右岸SK1巖溶系統(tǒng)專項(xiàng)勘察及生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)成果進(jìn)行分析得知，去學(xué)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(duì)以上地層的巖溶采用的專項(xiàng)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(gè)溶洞或溶蝕管道存在溶蝕裂隙連通，因此，灌漿時(shí)必須對(duì)與該溶蝕裂隙連通的小溶洞或溶蝕管道進(jìn)行填充或封堵。

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

②當(dāng)溶蝕裂隙灌漿很快出現(xiàn)回漿升壓時(shí)，應(yīng)繼續(xù)使用當(dāng)前灌注的漿液水灰比持續(xù)灌注，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；

③當(dāng)溶蝕裂隙灌漿注入率較大、注入量達(dá)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(shí)，應(yīng)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(fù)灌。復(fù)灌時(shí)，起灌水灰比采用與待凝前相同的水灰比，若復(fù)灌水泥干耗達(dá)15 t仍未能返漿、升壓，則繼續(xù)采取待凝、復(fù)灌措施處理；若復(fù)灌時(shí)注入率減小、孔內(nèi)回漿、壓力提升，則應(yīng)持續(xù)灌注，這時(shí)不應(yīng)限量，直至灌漿壓力升至設(shè)計(jì)壓力，灌注至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，該段灌漿方能結(jié)束，待凝24 h后，進(jìn)行下一灌注段的施工；

④溶蝕裂隙灌漿處理時(shí)，若出現(xiàn)注入量較大的孔段，應(yīng)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(yīng)立即采取措施對(duì)漏、冒漿點(diǎn)進(jìn)行封堵處理，同時(shí)，對(duì)灌漿孔采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復(fù)灌等方法進(jìn)行灌注，直至其達(dá)到規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

(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(shí)應(yīng)盡快升至設(shè)計(jì)壓力，灌至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

①當(dāng)鉆孔過程中出現(xiàn)卡鉆、掉塊但孔內(nèi)有返水時(shí)，采用水灰比為2∶1的水泥漿液開灌，達(dá)到變漿要求時(shí)，按照規(guī)定逐級(jí)變漿灌注，若注入率逐漸變小、壓力逐步上升，則應(yīng)一次性灌至設(shè)計(jì)壓力，達(dá)到規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)，則應(yīng)采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復(fù)灌等方法進(jìn)行灌注，待凝24 h、掃孔后復(fù)灌，直至達(dá)到規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；

②當(dāng)鉆孔過程中出現(xiàn)卡鉆、掉塊但孔內(nèi)無返水時(shí)，應(yīng)按照無充填型溶蝕裂隙的處理方法進(jìn)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(shí)，主要采取擠壓密實(shí)和置換的方法進(jìn)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(fù)灌等方法進(jìn)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(duì)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(yàn)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(cè)手段有：鉆探、孔內(nèi)錄像、連通試驗(yàn)、投紅試驗(yàn)、CT掃描等。

在鉆孔過程中，當(dāng)出現(xiàn)失水、掉鉆、涌水等現(xiàn)象、灌漿中復(fù)灌未達(dá)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)立即采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行探測(cè)。首先根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)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(yàn)、或投紅試驗(yàn)、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(shí)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(shí)，采用高壓旋噴灌漿方法進(jìn)行處理。鉆孔及旋噴采用SGB-300B型地質(zhì)鉆機(jī)(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(jī)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(jìn)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?xí)r，采用高壓灌漿方法進(jìn)行處理。當(dāng)注入量很大，水泥干料達(dá)10 t以上時(shí)尚不起壓，待凝3 d，掃孔復(fù)灌。如注入率仍然很大、灌漿壓力仍然很低時(shí)，立即采取限流灌注，當(dāng)干料達(dá)5 t以上仍不見效果時(shí)，立即采用間歇灌漿法，再次限量5 t，如此反復(fù)，直至達(dá)到正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為止；

③在充填物溶洞(巖溶管道)鉆進(jìn)難以成孔時(shí)，可采用跟管鉆進(jìn)，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(zhǎng)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(shí)，可選用丙烯酸鹽等化灌材料進(jìn)行化學(xué)灌漿。

(6)無充填型溶洞(巖溶管道)的灌漿施工。

對(duì)于無充填型溶洞(巖溶管道)，采用以細(xì)石混凝土、高流態(tài)混凝土、級(jí)配料配合砂漿灌注回填結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)灌漿的方式進(jìn)行處理。

①對(duì)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(jìn)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(jìn)時(shí)遇較大型巖溶無地下水或地下水流速不高時(shí)，可采用填筑骨料法(亦稱骨料壓漿法)進(jìn)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(kuò)散、半徑過大，可在漿液中摻加適量的速凝劑，但應(yīng)將初凝時(shí)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(shí)，在大口徑灌漿孔內(nèi)投入砂石料或混合料進(jìn)行回填，或進(jìn)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(shí)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(shí)間很短(10～30 s)，可控制漿液的擴(kuò)散距離，防止?jié){液流失，從而快速地封堵住滲水通道，便于進(jìn)行高壓灌漿，建成防滲帷幕；

④對(duì)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(shí)停止灌注。

(7)連通性溶洞(巖溶管道)、溶槽的灌漿施工。

當(dāng)遇到較大或連通的溶洞(巖溶管道)、溶槽等漏水嚴(yán)重地段時(shí)，可通過大口徑鉆孔或開挖豎井等手段，由施工人員進(jìn)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?jiān)惹宄蓛?，然后回填混凝土，最后進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。當(dāng)溶洞、溶槽范圍太大時(shí)，可在帷幕軸線上構(gòu)筑混凝土防滲墻，最后進(jìn)行墻下帷幕的施工。

3 結(jié) 語

針對(duì)去學(xué)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(duì)應(yīng)的處理方法，在滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，較好地完成了巖溶處理任務(wù)，質(zhì)量檢查情況良好，為大壩安全蓄水奠定了基礎(chǔ)。

(責(zé)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(xué)項(xiàng)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.