甘溪水庫帷幕灌漿不良地質(zhì)情況處理

徐凱

(貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

甘溪水庫位于沿河縣甘溪鎮(zhèn)石梁河上，距沿河縣城26 km，距遵義市287 km，距貴陽市431 km，地理座標(biāo)為東經(jīng)108°24′30″、北緯28°22′30″。有鄉(xiāng)級公路通過壩址區(qū)，交通較為方便。

工程主要建筑物有：碾壓混凝土重力壩、輸水隧洞及管道、庫區(qū)排澇洞等。工程任務(wù)為灌溉和供水，項目建成后能解決沿河縣甘溪鎮(zhèn)、夾石鎮(zhèn)、譙家鎮(zhèn)(1個村)、淇灘鎮(zhèn)4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)30個村的生產(chǎn)生活用水?？偣喔让娣e1 471.67 hm2，供水人口44 260人，工業(yè)園區(qū)供水209萬t/a，年供水總量1 221.00萬t。本工程等別為Ⅲ等，屬于中型水利工程，壩址位于甘溪鎮(zhèn)政府上游約200 m處，壩址以上控制流域面積28 km2，多年平均流量0.28 m3/s。水庫校核洪水位504.11 m，總庫容1 110萬m3，正常蓄水位為501 m，相應(yīng)庫容為919萬m3，死水位474 m，相應(yīng)庫容82萬m3，興利庫容837萬m3。大壩建基面440 m，壩頂高程506 m，最大壩高66 m，壩頂長198.55 m，壩頂寬6 m。

其中樞紐防滲帷幕由左岸灌漿平洞(長656.21 m)、攔河壩(長198.55 m)、右岸灌漿平洞(長1 581.74 m)組成，防滲帷幕軸線總長2 436.50 m，為單排帷幕，設(shè)計圖工程量共個1 366孔，鉆孔90 770.61 m，有效進尺82 214.40 m，除左岸灌漿平洞0+367～0+656.21段帷幕孔距為3 m外，其余段孔距均為2 m。左、右岸灌漿平洞距壩160 m和攔河壩段設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)為3 Lu，其余防滲標(biāo)準(zhǔn)為5 Lu，灌漿壓力第一段2 m為0.50 MPa，第二段3 m為0.80 MPa，二段以下均為1.50 MPa。帷幕灌漿工程量見表1。

表1 帷幕灌漿工程量表

左岸灌漿隧洞開挖揭露的圍巖為后壩組第一段(∈3h1)厚層白云巖，巖體較完整，未揭露溶洞，洞壁大多干燥，多以Ⅲ類為主，部分為Ⅳ類。

右岸灌漿隧洞開挖穿越地層較多，為后壩組第四段(∈3h4)厚層白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r、毛田組(∈3m)厚層灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r不等厚互層、桐梓組第一段(O1t1)灰色、黃綠色頁巖、桐梓組第二段(O1t2)深灰色厚層夾薄層灰?guī)r、少量黃綠色頁巖，以及厚層白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖。全洞共揭露25個溶洞，多以豎管狀充填型溶洞，前400 m洞段揭露8個溶洞，其中以GY0+350 m、GY0+360 m兩樁號K5、K6溶洞為最大，溶洞沿線長7 m，橫穿隧洞，充填黃色粘土夾碎塊石；后1 200 m段揭露17個溶洞，以GY1+090～1+100 m樁號K17溶洞為最大，橫穿隧洞發(fā)育，沿線長12 m，充填黃色粘土夾碎石，灌漿隧洞巖溶見表2。

表2 右岸灌漿隧洞巖溶統(tǒng)計表

2 灌漿前采用的先導(dǎo)孔物探檢測成果

灌漿前設(shè)計共布置77個先導(dǎo)孔，其中左岸20個，右岸57個，孔間距為25 m，先導(dǎo)孔包括鉆孔取芯、壓水試驗、水位觀測等，物探含鉆孔錄像、孔間電磁波CT等。通過檢測，其中左岸19個先導(dǎo)孔均進行鉆孔全景成像，據(jù)全景成像成果，各鉆孔均未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模管道型溶洞，但溶蝕裂隙、溶孔較發(fā)育，寬度多在10～30 cm，多數(shù)未充填，部分半充填泥質(zhì)；電磁波CT解譯成果顯示，自樁號GZ0+280m的ZD04號孔508 m高程順層發(fā)育一溶蝕破碎帶，延伸至樁號GZ0+184 m的ZD01號450 m高程，綜上兩種測試成果，左岸巖溶中等發(fā)育，巖溶形態(tài)多為豎直溶隙，順層溶蝕破碎帶分布在GZ0+184～GZ0+280 m洞段。右岸結(jié)合先導(dǎo)孔鉆孔施工及電磁波CT成果來看，右岸巖溶主要集中發(fā)育在YD12、YD18、YD24、YD37四個先導(dǎo)孔一帶，鉆孔揭露溶洞規(guī)模較大，有充填型溶洞，具體為：

YD12：樁號GY0+460 m，因首次鉆孔遇溶洞未至設(shè)計孔深，在帷幕軸線上樁號+0.30 m重新鉆孔，鉆孔結(jié)果在448.20～458.20 m高程為溶洞充填砂卵石，取出少量卵石磨圓度好，高程434.70～436.20 m段有掉鉆，底部有黃泥充填。

YD18：樁號GY0+610 m，在樁號YD018-12 m與YD018+4 m兩處分別布置補充鉆孔，在相應(yīng)位置均有掉鉆現(xiàn)象，掉鉆高程在476.35～486.35 m區(qū)間，三個鉆孔掉鉆分析為同一溶洞，順層發(fā)育，最大高度10 m，半充填粘土。

YD24：樁號GY0+760 m。在孔深45.70 m有掉鉆，高1.40 m，該區(qū)域物探CT異常帶基本吻合，順層發(fā)育，最大高度4.50 m。

YD37：樁號GY1+084 m。根據(jù)灌漿隧洞開挖，有巖溶充填現(xiàn)象，灌漿洞見粘土夾砂卵石，卵石磨圓度好，跨度8～10 m，由于成孔條件差，物探CT效果不明顯，之后在YD37+0.30 m處重新鉆孔，孔深68.50 m，在深度28 m以下巖體均較完整，偶有掉塊，YD37深度31～51.70 m范圍無大型空腔，結(jié)合其他補勘孔，判定該區(qū)域28 m以上以及51.70 m以下存在巖溶管道。

3 灌漿過程處理情況

3.1 處理方法

出現(xiàn)塌孔、掉塊、泥沙較多的孔段，但孔內(nèi)有返水時，采用水灰比為2∶1水泥漿液開灌，達到變漿要求時，按照規(guī)定進行逐級變漿灌注，若注入率逐漸變小、壓力逐步上升，則應(yīng)一次性灌至設(shè)計壓力，到達規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。若灌漿注入率較大，灌注至水泥耗灰3 t后仍無明顯的變化，則采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復(fù)灌等方法進行灌注至水泥耗灰5 t后停止灌漿，待凝24 h，掃孔后復(fù)灌，若掃孔仍然存在塌孔、掉塊或孔內(nèi)含有大量泥沙，則繼續(xù)待凝復(fù)灌，直至達到規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)溶蝕裂隙灌漿注入率較大，注入量達到水泥耗灰至3 t后，注入率無明顯變化，灌漿壓力也沒有提升時，采取限流、限量繼續(xù)灌注至水泥耗灰5 t后待凝，待凝24 h后掃孔復(fù)灌，復(fù)灌時，起灌水灰比采用待凝前相同的水灰比，若復(fù)灌水泥干耗達5 t仍未能返漿、升壓，繼續(xù)采取待凝、復(fù)灌措施處理，若復(fù)灌時，注入率減小、孔內(nèi)回漿、壓力提升，則持續(xù)灌注，這時不限量，直至灌漿壓力升至設(shè)計壓力，灌注至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，該段灌漿才能結(jié)束，待凝24 h后，進行下一灌注段施工。

對涌水孔的處理：鉆孔時出現(xiàn)孔內(nèi)涌水，說明該部位溶蝕裂隙較為發(fā)育，且連通性較好，對該部位的灌漿應(yīng)先對涌水進行封堵處理后，再進行帷幕灌漿施工，才能更好地保證帷幕灌漿施工施工質(zhì)量。

當(dāng)灌漿孔鉆孔過程中遇到涌水時，特別是當(dāng)涌水壓力超過0.20 MPa時，根據(jù)涌水情況，選用下述方法處理：

灌前測定涌水壓力和涌水量；自上而下分段灌漿；縮短段長(常規(guī)段長5 m，控制在2 m之內(nèi))，對涌水段單獨灌漿；相應(yīng)提高灌漿壓力，其灌漿壓力≥正常灌漿壓力+涌水壓力；改為純壓式灌漿；

灌注濃漿；灌注速凝漿液；灌漿結(jié)束后采取屏漿措施，屏漿時間不少于2 h；閉漿；閉漿結(jié)束后待凝48 h；復(fù)灌。

鉆孔至涌水孔段，采取速凝漿液進行堵水灌漿，待凝48 h后，掃孔至原孔深，若無涌水則進行壓水試驗檢查，然后按設(shè)計要求進行帷幕補強灌漿；若仍存在涌水，則繼續(xù)按前述步驟進行堵水灌漿，直至無涌水。

溶洞、巖溶管道及溶縫的處理：先查明溶洞的充填類型和規(guī)模，采用鉆探及物探綜合手段查明溶洞分布形態(tài)及范圍、充填物種類和密實情況，然后確定處理措施，對溶洞、溶縫按先封閉、后充填、再高壓密實的原則進行鉆灌。

無充填溶洞的處理：如鉆孔過程中遇到空腔>50 cm的溶洞，且無充填或充填物較少時，在其上、下游各鉆設(shè)大口徑鉆孔(110 mm以上)，用砂漿或細砂交替回填，直到該溶洞回填滿為止，對于直徑<50 cm的巖溶管道，采用自流式水泥砂漿灌注，當(dāng)孔口漿面不下降時，改用純壓灌注，在設(shè)計壓力下吸漿量<1.00 L/min時，才終止灌注水泥砂漿?；炷粱靥罨蛏皾{灌注結(jié)束，待凝24 h后掃孔進行常規(guī)帷幕灌漿施工，直至達到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

含粘土充填溶洞的處理：在鉆孔過程中遇有充填粘土的溶洞，采取風(fēng)水聯(lián)合沖洗置換或高壓脈沖灌漿的方法進行處理，將灌漿壓力適當(dāng)提高，水灰比調(diào)整到1∶1起灌。在采取以上措施后，灌漿時吸漿量仍然很大、不起壓力時，采用加速凝劑、灌注水泥砂漿、間歇灌漿等方法處理，直至通道堵塞為止，掃孔后重新灌漿，直至結(jié)束。

對于鉆孔中互相連通的溶蝕裂隙，采用“先純水泥漿預(yù)灌注，后水泥漿摻細砂灌注，再水泥-水玻璃漿灌注”的方法進行處理。

3.2 實施情況

對地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶部位，根據(jù)鉆孔資料、物探成果及壓水資料分析，設(shè)計單位在右岸一定范圍內(nèi)加密一排灌漿孔，加密排灌漿孔軸線布置在原帷幕軸線上游80 cm，間距2 m布置，具體部位為：A區(qū)GY0+451.00～GY0+471.00樁號、B區(qū)GY0+573.00～GY0+643.00樁號、C區(qū)GY0+699.00～GY0+711.00樁號、D區(qū)GY0+747.00～GY0+765.00樁號、E區(qū)GY1+067.00～GY1+101.00樁號、F區(qū)GY1+401.00～GY1+431.00樁號，共98個孔。

A區(qū)布置13個加排孔，編號為：AYJM01—AYJM13，孔深為83.15～83.27 m，AYJM01、AYJM02、AYJM03灌漿孔在鉆進至59～62 m時出現(xiàn)黃泥夾沙，返水較小的情況，針對該情況，施工時采用高壓水沖孔與孔內(nèi)通風(fēng)相結(jié)合的方法對該部位黃泥、沙子進行長時間的沖洗置換，后續(xù)在該部位灌注水泥砂漿回填密實，待凝24 h后掃孔進行常規(guī)帷幕灌漿施工，直至達到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，AYJM07、AYJM09灌漿孔分別在鉆進至42.20～47.20 m、47.20～57.20 m時出現(xiàn)返水黃色、返水小的現(xiàn)象，該處開始灌漿水灰比3:1，達到水泥耗灰至3 t后，注入率無明顯變化，灌漿壓力也沒有提升，遂采取限流、限量繼續(xù)灌注至水泥耗灰5 t后待凝，待凝24 h后掃孔復(fù)灌，復(fù)灌時，起灌水灰比采用待凝前相同的水灰比，復(fù)灌時，注入率減小、孔內(nèi)回漿、壓力提升繼續(xù)灌漿直至灌漿壓力升至設(shè)計壓力，灌注至規(guī)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，該段灌漿結(jié)束，待凝24 h后，進行下一灌注段施工。

B區(qū)布置25個加排孔，編號為：BYJM01—BYJM25，孔深為56.43～56.62 m，該區(qū)域主要有發(fā)育在灌漿部位上部、中上部的由黏土充填或半充填的溶蝕條帶、溶洞，發(fā)育規(guī)模較大。BYJM01號孔12.70～17.70 m，BYJM05號孔22.80～27.80 m、37.80～42.80 m、47.80～52.80 m，BYJM07號孔37.80～42.80 m、47.80～52.80 m，BYJM16號孔27.90～32.90 m，BYJM24號孔48～53 m均被黃泥充填，上述部位均采用高壓風(fēng)水聯(lián)合沖洗置換與高壓脈沖沖洗置換的施工方法對黃泥進行置換，置換完畢根據(jù)空腔大小采用級配碎石混凝土或砂漿回填,該5個孔砂漿回填達25 m3，回填完畢后待凝24 h，在采取以上措施后，BYJM07號孔47.80～52.80 m，BYJM24號孔48～53 m灌漿時吸漿量仍然很大、不起壓力，進一步采用加速凝劑、間歇灌漿等方法處理，直至通道堵塞為止，掃孔后重新灌漿，直至結(jié)束。

D區(qū)布置10個加排孔，編號為：DYJM01—DYJM10，孔深均為53.54～53.73 m，DYJM07在鉆進至33.40 m時遇到1.30 m厚的黃泥層，通過高壓風(fēng)水聯(lián)合沖洗置換實現(xiàn)對該部位的換填，結(jié)束后進行帷幕灌漿。

E區(qū)布置18個加排孔，編號為：EYJM01—EYJM18，孔深為67.20～67.40 m。E區(qū)巖溶發(fā)育，其中EYJM09～EYJM16在22～40 m為巖溶發(fā)育部位，在該部位采用同步鉆孔，局部鉆進結(jié)合不同孔位、孔深擾動、風(fēng)、水聯(lián)合沖洗置換的方法進行處理，結(jié)束后進行帷幕灌漿。

F區(qū)布置16個加排孔，編號為：FYJM01—FYJM16，孔深為68.90～69.00 m。該區(qū)域主要巖溶問題為分布在灌漿區(qū)域中部的溶蝕裂隙、溶縫，在FYJM11鉆進至21 m時，出現(xiàn)返水黃色，灌漿時隧洞邊墻有黃泥擠出，采用濃漿灌注及待凝后可繼續(xù)鉆進，鉆進至37～47 m時，灌漿壓力無明顯提升，根據(jù)鉆孔情況及前期物探資料綜合分析，該處為黃泥充填溶蝕裂縫集中發(fā)育部位，根據(jù)發(fā)育特點，同時對相鄰FYJM10、FYJM12鉆進至37 m，按進尺2～3 m控制沖洗置換范圍，沖洗完成后進行砂漿及濃漿回填，待凝后繼續(xù)鉆進，直到該區(qū)域置換結(jié)束，最后采用添加速凝劑，間歇灌漿，限流限壓等方式進行帷幕灌漿結(jié)束。

左岸5、6單元在90號孔～100號孔為巖溶發(fā)育的關(guān)鍵部位，灌漿施工期間，在98#灌漿孔(樁號GZ0+196 m)大雨后有水涌出，最大噴射高度達1.70 m，隨后高度降低，但在2017年汛期一直在涌水，結(jié)合該孔及附近灌漿孔均有掉鉆現(xiàn)象，溶洞順層發(fā)育，推測該處有較通暢的順層巖溶管道發(fā)育，灌漿處理后管道被封堵或部分封堵，導(dǎo)致涌水，而補給來源高程較高，形成高1.70 m的噴射水柱。為了探明溶洞發(fā)育規(guī)模及空間布置，在原帷幕線上游布置一排偏上游5～10°不等的斜孔對溶洞進行探明。后面采用風(fēng)水聯(lián)合沖洗的方法對溶洞充填物進行置換，通過風(fēng)壓結(jié)合填筑級配碎石的方法對溶洞進行回填，級配碎石回填達15 m3，砂漿回填達85 m3，最后通過ZJM01-ZJM16加密孔對該部位進行灌漿，其中ZJM07在45.88～50.88 m，ZJM09在60.90～65.90 m吸漿量較大，采用多次掃孔、復(fù)灌、添加速凝劑等方式灌漿結(jié)束。

以上風(fēng)水聯(lián)合沖洗采用90 m3空壓機，置換采取砂漿泵配合灌漿泵。

針對左岸5、6單元，以及右岸A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、E區(qū)、F區(qū)不良地質(zhì)按上述措施處理后，經(jīng)質(zhì)量檢查滿足設(shè)計擋水建筑物防滲要求。灌后壓水檢查見表3。

表3 不良地段灌后質(zhì)量檢查壓水成果統(tǒng)計表

4 結(jié)語

沿河縣甘溪水庫大壩樞紐防滲帷幕根據(jù)灌漿平洞開挖揭露出來的溶蝕裂隙、黏土充填或半充填的溶蝕條帶、溶洞、黃泥層、黃泥夾沙等地質(zhì)情況極為復(fù)雜，由于庫區(qū)多年平均流量只為0.28 m3/s，以及灌漿工程量較大，灌漿前為了慎重起見，業(yè)主方多次組織參建各方進行充分論證，最后達成共識，對帷幕先導(dǎo)孔需做物探CT檢查和全孔錄像，先探明地質(zhì)情況再作帷幕灌漿設(shè)計。因多方面原因，帷幕灌漿從2016年9月中旬開始至2019年12月25日實施完畢歷時了較長的時間，總共灌注了水泥約1.40萬t、砂約150 m3、砂漿約85 m3，工程質(zhì)量基本得到了保障。水庫于2020年5月5日開始蓄水，截止6月底現(xiàn)水庫已蓄水有50 m的水頭，通過對下游檢查，未發(fā)現(xiàn)滲漏異常現(xiàn)象，庫區(qū)水位也一直都在呈上漲趨勢。通過對項目不良地質(zhì)段帷幕灌漿的施工，對以后其它項目實施過程中若遇到類似的地質(zhì)情況提供了可借鑒的經(jīng)驗。