中梁水庫防滲工程現場全過程設計與施工技術咨詢

屈昌華，郭維祥

（中國水電工程顧問集團貴陽勘測設計研究院，550081，貴陽）

一、工程概況

中梁水電站樞紐工程由三級電站組成，其中一級電站為大寧河干流梯級開發的龍頭電站，大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高118.50 m，總庫容9 943萬m3，三級電站總裝機容量122 MW。

在喀斯特地區筑壩建庫，水庫滲漏是工程主要考慮的問題。中梁水電站樞紐一級電站水庫 （中梁水庫）區內兩岸岸坡陡立，河谷深切。庫區為近東西向的縱向谷，碳酸鹽巖分布廣泛，喀斯特地貌發育。水庫右岸星溪溝切斷了隔水層，存在明顯的喀斯特滲漏問題，需要進行防滲漏處理。水庫防滲漏處理成功與否直接關系整個樞紐的成敗。為確保水庫防滲漏處理的設計與施工質量，使水庫按期發揮效益，很有必要在施工現場開展全過程水庫防滲漏工程的設計與施工技術咨詢工作。

二、咨詢工作的主要內容

重慶水利投資集團委托中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，在中梁水庫防滲工程施工階段開展全過程設計與施工技術咨詢工作。咨詢工作的主要內容包括防滲漏處理底線與防滲漏處理標準咨詢、協助業主審查施工過程中的重大設計變更，以及與參建各方需要在施工過程中共同解決的主要技術難題、施工質量、工期、投資控制，其中主要技術難題是協助業主方與設計方較為精確地判定溶洞邊界，確定溶洞的處理方法，根據溶洞實際情況確定合理的灌漿處理方案和方法等。

咨詢工作采用現場工作組與本部專家組共同參與的方式，充分利用中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院在國內喀斯特地區水庫防滲漏勘測設計與處理方面的優勢，以保證咨詢工作質量，必要時邀請國內著名專家現場咨詢與指導。

三、主要技術問題的咨詢建議與效果

為防止中梁水庫因右岸星溪溝切斷庫岸隔水層產生喀斯特滲漏，設計要求在滲漏部位采用高壓水泥灌漿方法進行封堵。水庫正常高水位625 m，高程以下滲漏段長度約335 m，深度 185～205 m，面積約 6.5 萬 m2，分別在626 m、540 m高程設置了上、下層灌漿平洞；灌漿孔為三排孔布置，排距1.3 m，孔距 2.0 m。

1.水庫成庫條件復核分析

水庫區出露地層主要為三疊系下統、二疊系與志留系地層，巖性主要有角礫巖、灰質白云巖、白云巖、頁巖、灰巖、石英砂巖、泥巖，其中大隆組與大冶組中梁段為黑色薄層炭質頁巖，組成水庫邊界的隔水地層（簡稱中梁隔水層）。區內地層受南北向擠壓應力作用，形成一系列軸向近東西向的緊密線形褶皺，并伴有倒轉現象，如天元背斜、中梁向斜等，地層走向 280°～300°/SW （NE）∠50°～85°，防滲區地處天元背斜倒轉翼，巖層陡傾，傾角 65°～88°；區內斷層不發育，裂隙主要發育有南北向、東西向兩組，南北向裂隙節理密集成帶發育，控制了區內南北向沖溝的形成；區內順層發育了3條喀斯特管道，其中#1管道與水庫滲漏相關，其余2條管道均遠高于水庫正常高水位。

根據相關資料復核分析后認為：①水庫不存在鄰谷滲漏；②水庫不存在左岸順層滲漏；③水庫右岸壩前至星溪溝及星溪溝以上河段因有完整可靠“中梁隔水層”隔水不存在滲漏，但在星溪溝中梁隔水層由于在溝底出露高程低于水庫正常蓄水位，水庫蓄水后存在沿二疊系地層的滲漏，須進行防滲漏處理。

2.防滲漏底線確定

由于水庫區巖層陡立，防滲帷幕下無隔水層依托，為一懸掛式帷幕，底線標準為q≤3Lu，設計原帷幕底線高程為455 m。因灌漿先導孔揭露的喀斯特發育底線高程至440～420 m，設計單位將防滲帷幕底線高程從原455 m整體降至440～420 m，增加帷幕灌漿（3排）進尺約1.3萬m。

咨詢認為，在喀斯特地區進行防滲漏處理，應有針對性和有效性，宜根據先導孔、灌漿孔等鉆孔揭露的地質變化情況、喀斯特地貌發育情況、巖體透水率、投資比較等綜合分析后作局部調整。為此，建議僅在防滲帷幕的下游排樁號 0+164～0+188 m、0+332～0+356 m、0+441～0+465 m （低水位區及喀斯特發育區）將帷幕底線降至440～420 m，下游排其他部位及上、中游排帷幕底線維持455 m高程（可根據灌漿孔的施工情況進行局部調整）。通過咨詢優化，實際增加的工程量為設計變更工程量的1/2，在保證防滲效果的情況下縮短了工期并節省了投資。

3.防滲漏處理效果評價標準

水庫防滲處理的作用實質上是防止庫水滲漏，基于對水庫地質條件與喀斯特地貌發育特點分析認為，應以《水力發電工程地質勘察規范（GB 50287—2006）》附錄 B 喀斯特滲漏評價中的第B.0.5條的規定，結合防滲帷幕透水率設計值及其他計算方法（滲漏系數法）綜合評價為宜。

通過對水庫滲漏量計算及地質條件分析認為(評價標準)：在防滲帷幕透水率滿足設計要求 （q≤3Lu）的條件下，其允許滲漏量不大于0.51 m3/s。

4.喀斯特溶洞處理方法

防滲線上揭露了各種類型的溶洞或強溶蝕區，包括充填（半充填）型溶洞、無充填型溶洞、有水（涌水）溶洞及充填型強溶蝕區等，是防滲線上處理的重點，關系帷幕防滲效果。

①對于無水、無充填型溶洞，建議以確保處理效果并兼顧投資經濟（有效處理）為原則，處理前應查明溶洞的大小（發育方向）、頂底板高程、充填物、是否為管道等邊界條件。對于一般溶洞，可采用鉆孔回填細石混凝土、砂漿及灌注水泥漿等措施對溶洞進行封堵；對于喀斯特管道，可采用級配料充填或用碎石與細石混凝土交替回填，處理后7天再進行常規補強灌漿。

②對于充填型(半充填型)溶洞，建議采用綜合處理措施，包括：利用灌漿孔查明溶洞規模（如溶洞頂底板高程等）、充填物性質；溶洞發育段的灌漿孔可不按序次施工，待通過溶洞后再按序次施工；溶洞充填物為黏土時取消簡易壓水；高壓沖洗（最好采用風水聯合沖洗或大泵量沖洗）、高噴沖洗、加密灌漿孔及限流、限壓、間歇等綜合措施；當灌漿孔在施工過程中相互串漿時，可采用高壓沖洗置換為主、降壓限量限流為輔助的處理措施。

③對于有水喀斯特管道，應查明喀斯特管道中水的動力特性，如流速、流量大小及流向等，對于大管道、大流速建議采用模袋堵漏；對于小型管道或窄縫狀管道建議采用級配料充填、灌注膏狀漿液及雙液控制灌漿等措施進行處理。

④對于有涌水的溶洞，建議采用壓力屏漿、閉漿、濃漿結束等措施處理。

以上建議措施在施工中得到應用，通過質量檢查，其防滲標準滿足設計要求。

5.大注入量灌漿段的處理方法

喀斯特地區帷幕灌漿施工過程中出現一些單位注入量大于500 kg/m的灌漿段是較為普遍的，根據其他工程經驗建議采用以“低壓、濃漿、限流、限量、間歇”等措施為主的綜合處理法處理，主要包括：①限流標準為注入率小于15 L/min,限量灌漿干料為 2 t/m，間歇時間 24～36小時；②調整灌漿壓力；③每個灌漿段可復灌幾次，逐次提高灌漿壓力，直至達到設計壓力；④必要時可以縮短灌漿段長度為3 m；⑤為縮短待凝時間，每次復灌將近結束時可灌注速凝漿液。

通過處理后的施工質量檢查，完全滿足設計要求。

四、結 語

喀斯特地區水庫防滲處理工程成功與否主要取決于前期勘測工作的精度及施工過程中采用的處理措施是否有針對性。通過中梁水電站樞紐一級電站水庫防滲處理工程全過程設計與施工技術咨詢，有以下幾點體會：

①全過程參與設計與技術咨詢模式不僅能保證咨詢工作連續，而且能通過深入現場了解主要的技術問題，提出的技術方案更加切合工程實際，有利于及時解決技術問題。

②喀斯特地區防滲處理工程地質條件復雜，又屬于隱蔽工程，施工難度及工程量大，咨詢工作人員應具有豐富喀斯特地區工程經驗，并駐現場與其他參建各方及時解決相應的技術問題，這是咨詢工作的重點。

③咨詢工作中要有針對性地利用國內外先進技術與工程經驗，與業主、設計、施工等其他參建方充分研究，提出有針對性的咨詢建議，不定期邀請國內專家到現場進行咨詢，這是咨詢工作的保證。

④喀斯特防滲處理設計與施工現場全過程技術咨詢模式在國內不多見，無其他工程借鑒。業主的充分信任，設計、施工及監理等其他參建方的大力支持與配合是咨詢工作的關鍵。

[1]中國水電工程顧問集團貴陽勘測設計研究院.重慶中梁水電站水庫防滲工程設計咨詢與現場技術服務總結工作報告[R].2009.

[2]李新明，屈昌華.基于喀斯特發育特點的中梁水庫防滲標準探討[J].中國水利，2011(2).

[3]中國水電工程顧問集團中南勘測設計研究院.大寧河中梁水電站初步設計報告(4工程地質)[R].2005.

[4]鄒成杰.水利水電巖溶工程地質[M].北京：水利電力出版社,1994.