巖溶地區(qū)水庫滲漏分析及帷幕灌漿防滲處理探討

謝 政

(遵義市綏陽縣水利局，貴州遵義563000)

巖溶地區(qū)水庫滲漏分析及帷幕灌漿防滲處理探討

謝 政

(遵義市綏陽縣水利局，貴州遵義563000)

麻灣洞洞水庫所在流域發(fā)源于海拔1330.8～1 340.5 m的王家凼一大消坑一帶。壩址以上集水面積經(jīng)復(fù)核為0.53 km2。庫盆地層為可溶巖，屬中等含水巖組，據(jù)調(diào)查巖溶發(fā)育較弱，無大規(guī)模的巖溶現(xiàn)象，僅靠庫尾有一出水溶洞(麻灣洞洞)出露。區(qū)內(nèi)巖溶的發(fā)育主要受構(gòu)造影響，由于斷層破碎帶、裂隙發(fā)育密集帶，巖體破碎透水性較好，為巖溶發(fā)育提供了水動力條件，故巖溶常沿此帶發(fā)育。水庫存在巖溶管道滲漏問題和沿壩基與壩體接觸面及巖體淺層風(fēng)化帶的嚴(yán)重滲漏，導(dǎo)致庫區(qū)未能蓄滿水，同時(shí)壩體與放水管接觸帶存在滲漏問題，建議對壩址區(qū)進(jìn)行灌漿處理，灌漿線路沿壩軸線布置，兩端頭向壩肩延伸20 m;下限進(jìn)入壩基以下15 m，擬采用單排孔，孔距3 m。因此必須進(jìn)行必要的滲漏分析以及進(jìn)行有效的帷幕灌漿防滲處理。

巖溶;地區(qū);水庫;滲漏;分析;帷幕;灌漿;防滲

1 工程概況

麻灣洞洞水庫位于綏陽縣西南部的蒲老場鎮(zhèn)儒溪村，水庫距綏陽縣城28 km。所在河流屬湘江上游蒲老場河支流板倉壩溝。工程主要以灌溉為主，兼有人蓄飲水。設(shè)計(jì)灌溉面積64 hm2，實(shí)際灌溉面積33.3 hm2。水庫區(qū)內(nèi)海拔1 000～1 350 m，位于山盆期一級剝夷面上。區(qū)域地勢為南西高北東低，區(qū)內(nèi)地勢起伏，相對高差50～200 m寒武系婁山關(guān)群白云巖地貌類型以侵蝕、溶蝕峰叢一槽谷為主;桐梓、紅花園組地貌類型以灰?guī)r為主的地層則以峰叢一谷地、落水洞為主。

由于原設(shè)計(jì)資料嚴(yán)重缺失，洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)本次復(fù)核成果確定。麻灣洞水庫總庫容16.3萬m3，屬小(2)水庫，大壩等級為V等5級。大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。水庫樞紐建筑物由大壩、溢洪道、放水涵管等建筑物組成。

經(jīng)查證庫區(qū)中后段有F1斷層穿過，消水溶洞位于庫尾F1斷層上，消水溶洞側(cè)上方30 m處(高程1040m)有K1(麻灣洞)溶洞出露，庫水經(jīng)溶洞進(jìn)入巖溶管道滲入庫外，庫外漏水點(diǎn)高程為978.7 m，使水庫不能蓄水故該工程需要進(jìn)行調(diào)整。水庫存在巖溶管道滲漏問題和沿壩基與壩體接觸面及巖體淺層風(fēng)化帶的嚴(yán)重滲漏。大壩壩體與基巖接觸帶、壩基淺層、大壩放水涵管與壩體接觸帶等存在滲漏問題，是大壩壩基滲流性態(tài)均存在嚴(yán)重安全隱患，采取帷幕灌漿解決壩基滲漏問題，采取對上游壩坡進(jìn)行防滲處理措施或壩體充填灌漿措施，解決壩體滲漏問題［1］。

2 水庫滲漏分析

2.1 壩基滲漏分析

本工程1974—1976年由當(dāng)?shù)厝罕娡秳谛藿?，壩體修建于全、強(qiáng)風(fēng)化層上，存在沿裂隙、層面、接觸帶之間等不良結(jié)構(gòu)面的滲漏問題。

本次復(fù)核勘察，在庫水位993.3 m時(shí)，壩體未見明顯滲漏。但下游壩腳建基面處見有滲流現(xiàn)象，滲漏流量為Q=2.0～5.0 L/s，高程978.70 m(散流一最低點(diǎn))，分析存在壩體與基巖接觸面，以及壩基裂隙滲漏問題，須對壩體、壩基進(jìn)行防滲處理。

2.2 壩肩繞滲

由于壩肩及兩岸山體寬厚，裂隙發(fā)育規(guī)模小，無斷層通過，出露地層為寒武系婁山關(guān)白云巖，屬中等巖溶含水層，據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查，兩岸無低鄰谷分布，壩下游兩岸未見泉水出露，存在繞壩滲漏的可能性較小，由于水庫長期低水位運(yùn)行，目前壩肩兩岸未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

2.3 壩體滲漏評價(jià)

大壩壩體取樣試驗(yàn)成果表明，壩體為黃褐色黏土夾風(fēng)化碎石、黏土，其天然容重為1.82 g/cm3，干容重為1.79 g/cm3，之滲透系數(shù)為3.96 ×10-5cm/s，壩體質(zhì)量基本滿足設(shè)計(jì)要求。

本次據(jù)現(xiàn)場直觀檢查，壩體未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降變形跡象，迎水面地表未發(fā)現(xiàn)塌陷架空現(xiàn)象，僅在大壩背坡截水溝附近出現(xiàn)小規(guī)模的塌坑。分析認(rèn)為，大壩(土石體)經(jīng)30多年的自身固結(jié)，已達(dá)到密實(shí)穩(wěn)定。

由于存在壩體與壩基及放水管的接觸帶滲漏，需進(jìn)行灌漿處理。另外，大壩放水鑄鐵管與壩體接觸帶存在滲漏現(xiàn)象(出口有浸水現(xiàn)象)，故存在放水管與壩體接觸帶滲漏。由于庫盆存在斷層、巖溶管道滲漏，需進(jìn)行灌漿處理［2］。

3 帷幕灌漿防滲處理方法

3.1 灌漿孔布置

按設(shè)計(jì)要求在防滲墻軸線上布置灌漿孔，分Ⅲ序，孔距2 m，孔位軸向偏差≤10 cm，孔深為防滲墻混凝土底部5～10 m不等，均超過設(shè)計(jì)帷幕灌漿底線。

3.2 鉆孔

3.2.1 孔位測放與鉆機(jī)就位

試驗(yàn)孔的孔位嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求布孔施工，并采用全站儀測量孔位，開孔孔位誤差控制在允許誤差(10 cm)之內(nèi)。鉆機(jī)安裝平整牢固，用儀器調(diào)整使天車、立軸、鉆孔在一條鉛垂線上。

3.2.2 鉆進(jìn)

3.2.2.1 鉆孔方法

檢查孔孔徑為Ф 91 mm，均采用金剛石回轉(zhuǎn)取芯鉆進(jìn)，巖芯保存，及時(shí)編錄、裝箱和照相。其它試驗(yàn)孔孔徑均為Ф 91 mm，金剛石回轉(zhuǎn)取芯鉆進(jìn)或采用復(fù)合片全面鉆進(jìn)。

3.2.2.2 鉆進(jìn)

在鉆進(jìn)過程中，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)，遇到特殊情況需采取措施時(shí)，上報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后，再進(jìn)行實(shí)施。開孔鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)地層選擇合適鉆頭，輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)1 m后，再按正常情況鉆進(jìn)。每個(gè)鉆段結(jié)束，立即進(jìn)行沖孔，直至回水變清后提鉆。

3.2.2.3 成孔質(zhì)量控制

灌漿孔孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差值≤10 cm，終孔孔深按設(shè)計(jì)深度，殘留巖芯長度或巖粉厚度≤20 cm。鉆孔孔底最大偏差值符合設(shè)計(jì)規(guī)定值。

為保證鉆孔質(zhì)量，在施工中采取了以下防斜、糾斜措施:①鉆進(jìn)前鉆機(jī)錨固穩(wěn)定，按設(shè)計(jì)角度用專門儀器定好立軸角度;②鉆進(jìn)時(shí)合理掌握好鉆進(jìn)參數(shù)，鉆壓不要過大，根據(jù)不同地層采用適宜鉆頭。

3.2.2.4 鉆孔取芯

檢查孔鉆進(jìn)中，作好詳細(xì)記錄，包括鉆進(jìn)回水情況、芯樣狀況以及孔內(nèi)涌水等特殊情況。取出的芯樣按次序統(tǒng)一編號，填牌裝箱，終孔后巖芯按要求拍照保存，并描述巖芯繪制鉆孔柱狀圖。按監(jiān)理指定的地點(diǎn)存放應(yīng)予保存的巖芯，防止散失和混裝［3］。

3.3 鉆孔沖洗、壓水試驗(yàn)

灌漿前對所有灌漿孔段進(jìn)行裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)。

1)沖洗壓力:壓水試驗(yàn)和裂隙沖洗并作一起，水壓采用80%的灌漿壓力，壓力為0.24 MPa。

2)檢查孔按施工圖紙要求采用單點(diǎn)法。其它各次序孔的各灌漿段，可進(jìn)行簡易壓水。

3)簡易壓水結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行。壓力為灌漿壓力的 80%，該值若 ＞1 MPa時(shí)，采用1 MPa;壓水20 min，每5 min測讀1次壓水流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量，其成果以透水率表示。

3.4 灌漿

3.4.1 灌漿壓力、灌漿方法

1)初始灌漿壓力采用0.3 MPa，最大灌漿壓力≤0.5 MPa。灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值。

2)灌漿方法采用自下而上法灌漿，試驗(yàn)孔灌漿壓力第一段為0.35 MPa，第二段為0.32 MPa，第三段0.3 MPa，第四段0.25 MPa最大≤0.5 MPa。灌漿壓力包括孔內(nèi)漿柱壓力，并隨現(xiàn)場情況而調(diào)整。

3)帷幕灌漿采用循環(huán)法灌漿，灌漿管距孔底≤0.5 m。

4)按灌漿試驗(yàn)確定的或監(jiān)理批準(zhǔn)的水灰比進(jìn)行施灌，灌漿漿液由稀到濃逐級變換。開灌的水灰比根據(jù)灌漿試驗(yàn)結(jié)果確定。當(dāng)灌漿壓力保持不變時(shí)，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不改變水灰比。

3.4.2 灌漿漿液水灰比和變換標(biāo)準(zhǔn)

漿液變換標(biāo)準(zhǔn)為:①當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不改變水灰比;②當(dāng)某一比級漿液注入量已達(dá)300L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)，改濃一級水灰比;③當(dāng)注入率＞30 L/min時(shí)，根據(jù)具體情況越級變漿。

3.4.3 灌漿中特殊情況處理

1)灌漿過程中遇吃漿量大難以結(jié)束時(shí)，選用下列措施處理:低壓、濃漿、限流、間歇等，或按現(xiàn)場監(jiān)理下達(dá)的指令處理。

2)透水率和灌漿吃漿量都大且不起壓的孔段，一次灌注水泥量接近2t時(shí)，將采取積極的措施進(jìn)行控制，并報(bào)現(xiàn)場監(jiān)理。

3.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔

1)帷幕灌漿在規(guī)定壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min，注入率≤0.4 L/min后，繼續(xù)灌注30 min灌漿即可結(jié)束。長期達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，報(bào)請監(jiān)理共同研究處理措施。

2)灌漿結(jié)束后，封孔采用“全孔灌漿封孔法”封孔。

3.6 灌漿材料、漿液配比及其使用

3.6.1 灌漿材料

3.6.1.1 水

用于鉆孔、取芯、壓水試驗(yàn)及漿液拌和用水將符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ638-89關(guān)于施工用水的規(guī)定。做到新鮮、潔凈，不被油污染，不含土、粉砂、有機(jī)物、酸、堿、鹽等其他有害雜質(zhì)。漿液拌和時(shí)所用水的溫度≤40℃。本工程所用水，水源均來自于沁河水，水質(zhì)優(yōu)良，滿足灌漿用水要求。

3.6.1.2 水泥

帷幕灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥P.C32.5級，本試驗(yàn)采用的是海南牌產(chǎn)品，水泥到貨后經(jīng)監(jiān)理見證取樣后，送質(zhì)檢單位檢驗(yàn)合格，均符合規(guī)定。所使用水泥符合GB175—1999質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。水泥在儲運(yùn)過程中加強(qiáng)管理，采取防潮措施，縮短儲運(yùn)時(shí)間。為防止水泥失效，水泥將以其運(yùn)到工地的時(shí)間先后順序使用。灌漿用水泥在使用前，每批水泥均有廠家提供的出廠合格證及檢驗(yàn)報(bào)告單。

3.6.2 漿液制備及現(xiàn)場檢測

3.6.2.1 漿液制備要求

1)現(xiàn)場配制漿液按照配比要求進(jìn)行配制。其配制流程見圖1:

圖1 漿液配制流程圖

2)所制漿液必須攪拌均勻并測定漿液比重。

3)漿液在使用前過篩，從開始制備到用完時(shí)間小于4h。灌漿點(diǎn)配漿按照表1。

表1 水泥漿配比表

4)漿液溫度應(yīng)保持在5～40℃。3.6.2.2 制漿站計(jì)量器具

漿液比重計(jì)、刻度計(jì)量。3.6.2.3 漿液現(xiàn)場測試

漿液比重測試:用比重計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場測試。

上述漿液性能測試在正常灌漿的情況下，每班(12 h)由灌漿技術(shù)員測試≥3次(變換漿液時(shí)要求測試漿液)，以保證漿液質(zhì)量的可靠性。

3.7 灌漿質(zhì)量檢查

在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)布置1個(gè)檢查孔，以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合對施工記錄、成果資料的分析，進(jìn)行灌漿質(zhì)量評定。壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法進(jìn)行檢查，以檢查段透水率≤5 Lu為合格判定標(biāo)準(zhǔn)。壓水試驗(yàn)檢查時(shí)間在灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行。

灌漿質(zhì)量的壓水試驗(yàn)檢查，試段合格率在90%以上;不合格試段的透水率值不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%，且不集中，則認(rèn)為灌漿質(zhì)量合格。如果灌漿質(zhì)量不合格，則重新進(jìn)行灌漿處理，如果依然不合格，則對灌漿孔進(jìn)行加密，重新進(jìn)行質(zhì)量檢查。

［1］王宏慶.淺談土石壩的滲流問題［J］.內(nèi)蒙古水利，2011(03):123-124.

［2］于飛，阮小勇.巖溶地區(qū)橋梁工程樁基施工技術(shù)及事故處理措施［J］. 四川水力發(fā)電，2011，30(03):120-122.

［3］黃洪海.巖溶水庫壩基防滲帷幕灌漿幕深與幕長的結(jié)構(gòu)形式及處理［J］. 貴州地質(zhì)，2003，20(04):223-227.

TV697.3

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1007-7596(2014)05-0102-03

2013-12-09

謝政(1962-)，男，貴州綏陽人，工程師，從事水利規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工管理方面的工作。