黔中水利樞紐庫(kù)首防滲帷幕施工典型地質(zhì)問(wèn)題及處理技術(shù)淺析

(貴州省水利投資集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550022)

1 概 況

1.1 工程概況

貴州黔中水利樞紐工程是國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)的標(biāo)志性水利工程之一，水源工程平寨水庫(kù)壩址位于貴州三岔河中游的平寨河段。水庫(kù)正常蓄水位1331.00m，總庫(kù)容10.89億m3，工程等別為Ⅰ等，屬大⑴型水庫(kù)。水庫(kù)大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1335.00m，最大壩高157m。

1.2 庫(kù)首防滲帷幕概況

庫(kù)首防滲帷幕由左、右岸防滲帷幕及大壩趾板段帷幕組成。左岸防滲帷幕線平面投影總長(zhǎng)2036.55m(其中左岸山體段長(zhǎng)1851.00m，左岸趾板段長(zhǎng)185.55m)；帷幕下限的最大深度為215m，分成四層灌漿設(shè)計(jì)，ZⅠ層為上層地面或壩頂高程約為1335m，ZⅡ?qū)痈叱碳s為1285m，ZⅢ層高程約為1244m，ZⅣ層即最低層高程約為1201m。河床段及右岸防滲帷幕線平面投影總長(zhǎng)1054m(其中右岸段帷幕線長(zhǎng)466m，河床及右岸趾板段帷幕線長(zhǎng)588m)，帷幕最大深度182m，右岸段分成三層灌漿設(shè)計(jì)，YⅠ層為右岸上層灌漿平洞高程約為1331.85m，YⅡ?qū)訛榈诙庸酀{平洞高程約為1279m，YⅢ層為第三層灌漿平洞高程約為1224m。

庫(kù)首兩岸及壩址分布地層為 T1yn1灰?guī)r、 T1yn2-3、T1yn2-1泥巖，壩址區(qū)及右岸T1yn2-3和 T1yn2-1泥巖的連續(xù)性較好，隔水性能可靠，是趾板和右岸近壩端防滲帷幕的相對(duì)隔水層。左岸T1yn2-3和 T1yn2-1泥巖因下伏 T1yn1灰?guī)r局部巖溶發(fā)育引起溶蝕塌陷，局部強(qiáng)巖溶影響到相對(duì)隔水層的連續(xù)性，且發(fā)育有多條巖溶管道，庫(kù)首左岸滲漏問(wèn)題復(fù)雜。

設(shè)計(jì)防滲帷幕灌漿上限為正常蓄水位1331m，下限高程根據(jù)先導(dǎo)孔資料進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，防滲標(biāo)準(zhǔn)為河床壩基及壩肩和兩岸均按透水率不大于3倍的呂榮(q≤3Lu)控制。

2 庫(kù)首防滲帷幕施工遇到的典型地質(zhì)問(wèn)題

2.1 左岸底層(四層)帷幕充沙溶洞

左岸底層(四層)灌漿平洞即ZPD4，長(zhǎng)725m，底板面高程1201m。在平洞開(kāi)挖施工時(shí)，樁號(hào)K0+238～K0+296段出現(xiàn)沙層，全長(zhǎng)58m，開(kāi)挖揭露圍巖均由細(xì)沙狀充填物組成，部分為流沙，偶夾孤石。

2.2 左岸三層帷幕巖溶管道

左岸三層平洞K0+711開(kāi)挖時(shí)揭露溶洞管道(KS4巖溶管道)，從ZPD3平洞K0+711底板下部約5m深度處穿過(guò)，發(fā)育于T1yn3地層灰?guī)r中，主要沿層面發(fā)育而成，溶洞垂向分上、下兩層，上層可探延伸長(zhǎng)約230m，寬3～5m，高1.5～3m，洞底為黃色黏土充填；下層以溶蝕寬縫為主，寬0.3～0.5m，高1～2m，多被洞頂崩塌堆積，不能進(jìn)行人為探測(cè)?？菟谟^測(cè)到出水量約為5～6L/s，汛期觀測(cè)到出水量約為1～2m3/s。

KS6巖溶管道在ZPD3平洞K1+395處出露，豎向上位于底板下方1～11m范圍。該巖溶系統(tǒng)向帷幕后方延伸，與帷幕軸線交角約60度，穿過(guò)帷幕后有一“之”字型拐彎，然后與帷幕距離逐漸增大，可見(jiàn)寬度1～3m。平洞內(nèi)出露洞口長(zhǎng)約5.0m(K1+392～K1+397)、寬3.2m，屬地下暗河，少許泥質(zhì)充填，向兩側(cè)延伸長(zhǎng)度均超過(guò)150m，長(zhǎng)期有水流動(dòng)，雨季多次出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水量高達(dá)3.6m3/s。(如圖1、圖2所示)

圖1 K1+395處溶洞發(fā)育圖

圖2 K1+395溶洞暗河現(xiàn)狀

2.3 左岸二層帷幕大型溶洞

左岸二層平洞在K1+373處出露溶洞，從遠(yuǎn)端及庫(kù)內(nèi)側(cè)向近端及庫(kù)外發(fā)育延伸，與灌漿平洞交角約為14.5°，并從灌漿平洞下部穿過(guò)，探明溶洞大廳深度為29m，長(zhǎng)軸方向水平長(zhǎng)度約52m，局部最大寬度24m，平均寬度7～8m。溶洞底部有一豎井狀小溶洞與ZPD3灌漿平洞K1+395樁號(hào)處地下暗河相通(如圖3所示)。溶洞頂部局部有鐘乳石發(fā)育，洞壁因覆蓋有薄層鐘乳石而較為光滑完整，洞室整體穩(wěn)定。

圖3 ZPD2平洞K1+373溶洞剖面圖

2. 4 其他不良地質(zhì)問(wèn)題

右岸帷幕灌漿施工中主要出現(xiàn)的地質(zhì)問(wèn)題有黃泥夾層、涌水孔、沙層、破碎帶等，黃泥夾層在右岸三層灌漿平洞中均有分布，普遍存在。夾泥層、破碎帶、砂層和溶洞等集中的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)段主要分布在YPD2層的近壩段(YPD2 K0+000～K0+150段)、YPD3層的導(dǎo)流洞附近(YPD3 K0+100～K0+220段)，相對(duì)地質(zhì)情況較為復(fù)雜，夾泥層、破碎帶和溶洞集中出現(xiàn)。表現(xiàn)為鉆孔返水帶土色，鉆孔掉塊卡鉆，鉆具難以起拔；灌漿復(fù)灌次數(shù)多，單耗較大，在相同的灌漿施工條件下，出現(xiàn)后序孔單耗大于先序孔、后灌排大于先灌排等與分序遞減規(guī)律相違背的情況。

3 主要處理技術(shù)

根據(jù)灌漿平洞開(kāi)挖、先導(dǎo)孔及灌漿實(shí)施過(guò)程中揭露的實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及施工調(diào)整，以帷幕先導(dǎo)孔和物探測(cè)試為主要勘探手段，輔以必要的專(zhuān)項(xiàng)勘察，查明帷幕線巖溶形態(tài)規(guī)模、具體位置及空間分布，對(duì)大的巖溶問(wèn)題提出防滲處理措施及要求。

3.1 左岸四層(底層)帷幕充沙溶洞

為查明該溶洞的發(fā)育情況，在溶洞段K0+238～K0+296庫(kù)內(nèi)、庫(kù)外側(cè)和頂?shù)装?，按梅花型布?6個(gè)勘探孔，總進(jìn)尺562m。勘探發(fā)現(xiàn)溶洞形態(tài)極不規(guī)則，沙層最高處高程1214.40m，最深處高程約為1189m；溶洞斷面最大高度約25m，平均高15～20m；最寬24m，平均寬13～15m。溶洞體積約為1.68萬(wàn)m3，底板以上約為0.63萬(wàn)m3，底板以下約為1.05萬(wàn)m3,充填物為細(xì)沙土、孤石，屬大型充填型溶洞。

根據(jù)溶洞發(fā)育情況，最初擬定全部清除沙層回填混凝土方案，在開(kāi)挖沙層時(shí)，上部開(kāi)挖后形成空腔，存在頂部掉塊或垮塌等安全隱患，結(jié)合上部清除充填物后出露的圍巖情況，對(duì)溶洞處理方案進(jìn)行多次論證調(diào)整。

最后擬定底板1199.50m高程以上全挖回填、底板1199.50m高程以下澆筑防滲墻的方案。底板1199.50m高程以上將沙層充填物基本清除，C20混凝土回填密實(shí)，頂部采用回填灌漿處理；底板1199.50m高程以下部分由沿帷幕軸線的C25防滲墻及其傳力墻組成。如圖4所示。

圖4 充沙溶洞處理方案圖

3.2 左岸三層帷幕巖溶管道

開(kāi)挖時(shí)揭露KS4巖溶管道，帷幕灌漿前進(jìn)行了清挖和混凝土回填。

根據(jù)溶巖管道發(fā)育情況，將原帷幕設(shè)計(jì)單排孔調(diào)整為兩排孔、局部調(diào)整為三排孔布置，鉆灌施工過(guò)程中出現(xiàn)不同程度的失水現(xiàn)象，灌漿待凝次數(shù)較多。個(gè)別孔如ZⅢ-235-I第三段6.9～11.9m，ZⅢ-237-Ⅱ第二段2.7～6.7m、第三段6.7～11.7m均返水小，判斷遇較大裂隙，先后采取了濃漿、限流、間歇、待凝等措施限制灌注擴(kuò)散范圍，并進(jìn)行多次水泥漿復(fù)灌。

帷幕孔完成后施工檢查孔，所取巖芯有明顯的水泥結(jié)石，檢查不合格局部段補(bǔ)強(qiáng)灌漿后，經(jīng)檢查達(dá)到設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)。

KS6巖溶管道與左岸三層平洞相交于K1+395樁號(hào)，開(kāi)挖時(shí)揭露，帷幕灌漿前進(jìn)行了清挖和混凝土回填。

該巖溶管道周?chē)鷰r體溶蝕支管發(fā)育，且此部位承受的幕前幕后水壓均較大，為增強(qiáng)帷幕的防滲性能，將原設(shè)計(jì)的雙排孔調(diào)整為三排孔。灌漿施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)KS6巖溶管道來(lái)水向遠(yuǎn)壩端繞流，b排(中間排)9號(hào)加密孔及c排(上游排)11號(hào)加密孔均在4.2～4.9m出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，孔內(nèi)見(jiàn)朝上游方向水流，流速較慢；連通試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水流從壩前基坑的KS4出口及上游100m的另一出口流出。此段原設(shè)計(jì)灌漿孔及增加的灌漿孔均多次復(fù)灌，其中C排11號(hào)孔擴(kuò)孔灌注了6.8m3C20混凝土。

加密灌漿處理后效果明顯，所布置的帷幕檢查孔透水率達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 左岸二層帷幕大型溶洞

溶洞在平洞襯砌時(shí)進(jìn)行了溶洞清挖并采用C10埋石混凝土及C15混凝土回填密實(shí)，豎井狀小溶洞頂部及廊道頂拱上部發(fā)育溶洞難以采用混凝土回填的部位采用埋管及鉆孔砂漿灌注回填。根據(jù)溶洞清挖揭露發(fā)育情況，在回填區(qū)域進(jìn)行加排(雙排變?nèi)?、加密(孔距變?yōu)?.5m)帷幕的方案進(jìn)行處理，施工過(guò)程遇掉鉆、無(wú)回水、大耗段等按相關(guān)規(guī)范要求處理。

回填區(qū)域加密孔部分孔段處理情況見(jiàn)下表。

回填區(qū)域加密孔部分孔段處理情況

3.4 其他地質(zhì)問(wèn)題的處理措施

一般情況下，在灌漿施工中針對(duì)特殊地質(zhì)情況首先進(jìn)行增加帷幕排數(shù)、加密孔的措施，其次對(duì)施工工藝進(jìn)行調(diào)整，如擴(kuò)孔加砂、低壓起灌、待凝反復(fù)灌漿等。對(duì)左岸帷幕掉鉆、返黃泥、失水、吸漿量大、長(zhǎng)時(shí)間不起壓等問(wèn)題，為形成有效防滲帷幕的封閉，防止?jié){液遠(yuǎn)距離擴(kuò)散浪費(fèi)材料，在灌漿過(guò)程對(duì)部分鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔以查明孔內(nèi)情況的措施；對(duì)不起壓無(wú)回漿孔段采用砂漿灌注，局部孔段采取在洞內(nèi)二次加灰拌制特濃漿液灌注，對(duì)易劈裂地層內(nèi)的加密孔適當(dāng)降低灌漿壓力(不低于1.5MPa)，通過(guò)采用上述方法反復(fù)處理后，各孔段逐漸起壓、流量減小，最終達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，防滲帷幕封閉效果較為明顯。對(duì)右岸帷幕黃泥夾層、涌水孔、沙層、破碎帶等問(wèn)題，采用濃漿、限流、間歇、待凝、復(fù)灌、孔口沖砂等處理措施。

4 處理效果

左岸帷幕灌漿中各層遇到的特殊地質(zhì)問(wèn)題均按照共同研究的方案進(jìn)行了處理，并經(jīng)檢查全部合格。右岸帷幕灌漿YPD1平洞施工過(guò)程中揭露的10處溶洞、YPD2平洞鉆孔灌漿揭示的5處溶洞、YPD3層鉆孔遇到的7處溶洞均視其具體情況進(jìn)行了灌漿施工，通過(guò)質(zhì)量檢查，效果較好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

黔中水利樞紐工程已蓄水至正常蓄水位，蓄水以來(lái)，加強(qiáng)了對(duì)平洞內(nèi)帷幕滲漏的巡視，未發(fā)現(xiàn)有較大滲漏水情況；對(duì)壩后下游河道進(jìn)行巡視未發(fā)現(xiàn)蓄水后新增明顯出水點(diǎn)，原出水點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)水量較蓄水前有明顯增大，說(shuō)明帷幕施工質(zhì)量包括典型地質(zhì)段的處理是成功的。該處理方法可供其他類(lèi)似工程借鑒。