沿河縣白果樹電站左壩肩巖溶洞穴處理

楊社發(fā) 羅洪銀

（貴州省銅仁地區(qū)水利電力勘測設(shè)計(jì)院，貴州 銅仁 554300）

工程概況

白果樹水電站位于貴州省沿河土家族自治縣境內(nèi)烏江右岸的一級(jí)支流 -- 壩坨河上，屬壩坨河梯級(jí)開發(fā)的第6級(jí)，距沿河縣城18km。樞紐工程等級(jí)屬Ⅳ等，主要建筑物有最大壩高為43.0m的雙曲拱壩、壩頂溢洪道以及352.5m長的發(fā)電引水隧洞、電站廠房及升壓站等?？値烊?20萬m3，電站裝機(jī)2×3200kw，年發(fā)電量2391萬kw·h。

測區(qū)境內(nèi)最高峰高程1462.1m，河床高程為300m，河谷底寬37.5m，壩址河谷狹窄，溝谷縱橫，深切險(xiǎn)峻，下陡上緩，左岸地形坡度50～90°，右岸 60～90°，左岸緩、右岸陡，為不對(duì)稱的“V“形峽谷，河谷寬高比2.60，河谷多為烏江第三期下蝕深切峽谷，為中低山峽谷巖溶地貌。

壩址基巖出露地層為奧陶系下統(tǒng)紅花園組（O1h），巖性為灰色、深灰色厚層塊狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r，偶夾中厚層灰?guī)r，為強(qiáng)巖溶化巖組，在壩區(qū)河床兩岸形成不同規(guī)模的巖溶洞穴，導(dǎo)致壩區(qū)水文地質(zhì)條件的復(fù)雜化和巖溶發(fā)育多樣化。

壩區(qū)巖層走向N10～50°E，傾向S及SE，傾角25～30°，傾向下游偏右岸，為單斜谷，主要發(fā)育四組裂隙：①走向?yàn)?0～20°，②走向?yàn)?90～300°、310～320°，③走向?yàn)?330～340°，④走向?yàn)?0～80°，平面延伸長度和垂直切深均達(dá)數(shù)十米，甚至上百米。壩區(qū)巖體主要破壞結(jié)構(gòu)面為“X“型構(gòu)造裂隙切割面。

1 壩區(qū)巖溶的發(fā)現(xiàn)與勘察

大壩在砌筑及左岸帷幕灌漿施工過程中于2008年7月4日遭遇洪水，洪水最高水位為331.60m，發(fā)現(xiàn)大壩下游40m處有水涌出，漏水量為0.3～0.5m3/s，為河床多年平均徑流量的11%，漏水現(xiàn)象基本符合初勘時(shí)的地質(zhì)勘察資料中巖溶發(fā)育規(guī)律綜合分析所認(rèn)定的左岸坡存在巖溶洞穴滲漏的結(jié)論。

為了更進(jìn)一步模清滲漏情況，將左岸坡灌漿孔 ZK59、ZK60、ZK61、ZK130、ZK131、ZK132按勘察孔要求進(jìn)行施工，采取了從外至內(nèi)逐步縮小范圍，并在可疑地段增設(shè)ZK58+1、ZK129+1倆勘探孔，找到了巖溶洞穴沿灌漿孔ZK59、ZK129至ZK129+1的分布范圍，為后期處理提供了可靠的依據(jù)。

結(jié)合ZK59、ZK129鉆孔資料，在ZK59號(hào)孔內(nèi)巖溶洞穴頂板高程300.68 m、底頂板高程291.39m、洞高9.29m，在ZK129號(hào)孔內(nèi)巖溶洞穴頂板高程299.26m、底板高程297.46m、巖溶洞穴高1.80m（見圖2、圖3）。巖溶洞穴規(guī)模由上游ZK59號(hào)孔的洞高9.29m減少至ZK129+1號(hào)的0.50m，向下游逐步尖滅，巖溶洞穴底板傾向上游。

通過2008年10月12日的連通試驗(yàn)，ZK59至下游漏水點(diǎn)間平距43.3m，其流速為9.27m/h，經(jīng)驗(yàn)證，巖溶洞穴順河流方向發(fā)育。

圖1 左壩肩灌漿孔平面布置圖

圖2 左壩肩灌漿1-1地質(zhì)剖面圖

圖3 左壩肩灌漿2-2地質(zhì)剖面圖

2 巖溶洞穴處理措施

根據(jù)上述的分析，巖溶洞穴均位于河床常水位及起拱高程以下，屬淺層溶洞，溶洞頂板距壩肩、壩基最近距離15m，位于大壩應(yīng)力范圍之外，對(duì)壩肩穩(wěn)定無影響，但巖溶滲漏對(duì)工程發(fā)電效益影響較大，必須進(jìn)行處理，主要采用水泥灌漿和砂漿堵洞的方法，其設(shè)計(jì)如下：

2.1 巖溶洞穴均位于地下水位之下，最大水深9.29m，洞內(nèi)地下水流速比較低，底板為巖溶發(fā)育最低點(diǎn)，巖溶洞穴具有四周高、中間低的特點(diǎn)，據(jù)估算，主洞體積約50～60余方，主要目的是防滲堵漏，必須采用具有一定強(qiáng)度及防滲性能較好的材料進(jìn)行灌注。當(dāng)采用純水泥漿灌注時(shí)需耗灰150～180T左右水泥，如采用水泥砂漿灌注，耗灰只需15～18T，可摻砂45～55m3，可節(jié)約投資，但存在砂槳進(jìn)入洞內(nèi)水中后灰砂分離，形成砂堆后成為透水體，導(dǎo)致防滲堵漏失敗等，必須預(yù)以高度重視。

2.2 灌漿順序和灌漿材料為：先對(duì)ZK131、ZK130、ZK129+1、ZK58+1 等鉆孔灌注水泥漿，對(duì)巖溶主洞穴周邊的細(xì)小管道、裂隙進(jìn)行灌漿，使其首先達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最后采用M15水泥砂漿灌注 ZK59、ZK129、ZK129+1 等鉆孔，對(duì)巖溶主洞穴進(jìn)行砂漿封堵。在處理過程中對(duì)巖溶洞穴不要輕意、隨意的拋投或灌入塊石、碎石、砂、粉砂等之類的強(qiáng)透水層材料，以免影響灌漿效果。

3 巖溶洞穴處理施工

3.1 在處理過程中嚴(yán)格灌注配合比，嚴(yán)防砂漿入水后產(chǎn)生灰砂分離形成透水砂團(tuán)現(xiàn)象，并保持灌注連續(xù)性。

3.2 灌漿完成后，按設(shè)計(jì)要求超原鉆孔5～8m孔深對(duì)巖溶洞穴內(nèi)灌注體的密實(shí)性、透水性進(jìn)行檢查，對(duì)不滿足防滲設(shè)計(jì)要求地段進(jìn)行復(fù)灌，直至滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 ZK59號(hào)孔灌注砂漿31m3，并伴隨有大量氣體冒出，漿液從孔口返出。ZK59、ZK129+1號(hào)孔灌漿結(jié)束后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)ZK129+1號(hào)孔未灌實(shí)，進(jìn)行復(fù)灌后滿足設(shè)計(jì)要求。

4 巖溶洞穴處理效果檢查

按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，在灌注完水泥砂漿，對(duì)各孔進(jìn)行孔內(nèi)水位、孔內(nèi)漿液面變化情況測量，成果見表1：

表1 水泥砂漿灌注效果檢查統(tǒng)計(jì)表

孔內(nèi)水位均抬高5.70～6.50m，漿面高程除ZK129+1低于溶洞頂板高程0.31m外，其余均高出溶洞頂板0～1.57m。

巖溶洞穴灌注完成后，對(duì)巖溶洞穴頂板以上基面以下段巖體進(jìn)行壓水試驗(yàn)，成果見表2、3。

表2 巖溶洞穴頂板以上基巖段壓水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

表3 接觸帶段壓水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

通過檢查發(fā)現(xiàn)ZK130和ZK131接觸帶壓水檢查未滿足設(shè)計(jì)要求，即進(jìn)行復(fù)灌，當(dāng)漿面移至壩體內(nèi)接觸帶后復(fù)檢，防滲滿足設(shè)計(jì)要求。在灌漿時(shí)，ZK58+1、ZK61、ZK129、ZK129+1、ZK130、ZK131均發(fā)生不同程度串漿現(xiàn)象。

灌漿完成后，原下游出水點(diǎn)已全部干枯，經(jīng)近半年蓄水運(yùn)行檢查，處理效果良好。

5 結(jié)語

在可溶巖廣布的深切峽谷地區(qū)，河床多為兩岸地下水的最低排泄基準(zhǔn)面，為地下水水勢釋放最大、交換、沖刷、溶蝕等能力最強(qiáng)的地帶，給河床岸邊巖溶發(fā)育提供了動(dòng)力條件。由于地形地質(zhì)條件的不同，使巖溶發(fā)育復(fù)雜化，加之巖溶洞穴在空間上的不均勻性，多成為工程勘察、處理的重點(diǎn)、難點(diǎn)。因此處理前必須勘察清楚巖溶洞穴在空間上的展布及對(duì)處理有利和不利的條件，在施工前應(yīng)盡力消除不利條件（如地下水），并根據(jù)處理目的，認(rèn)真分析并確定處理設(shè)計(jì)方案、處理措施、施工方法及材料，并加強(qiáng)施工管理才能有效解決難題，從而發(fā)揮工程效益。

該工程是巖溶洞穴滲漏處理取得成功的一例，其工程采取的設(shè)計(jì)方案、措施、方法、材料得當(dāng)，其處理效果良好，其成功經(jīng)驗(yàn)有借鑒性，可用于類似工程。

[1]中國科學(xué)院地質(zhì)研究所溶巖研究組，中國巖溶研究，科學(xué)出版社，1979。

[2]《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5148－2001）