高壓帷幕灌漿在喀斯特地區抽水蓄能電站中的應用

姜成海，吳吉才，趙 軼

（1.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺州 317300；2.中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

1 工程概況

對大多數的抽水蓄能電站上水庫來說，一般無徑流補給，所有來水均采用抽水蓄能機組通過水道系統從下水庫抽至，滲漏量控制比常規水庫更為嚴格，防滲要求更高。喀斯特發育的復雜性，滲漏問題更為突出，防滲處理難度更大。因此，一般不對喀斯特地區抽水蓄能電站上水庫進行全庫防滲處理。

瑯琊山抽水蓄能電站位于安徽滁州市西南3 km，裝機600 MW。上水庫正常蓄水位171.8 m，校核洪水位172.6 m，總庫容1 804萬m3，調節庫容1 238萬m3，利用瑯琊山主峰西北側的龍華寺、大狼洼和小狼洼等沖溝低洼地形作為庫盆，分別在庫盆東側三溝匯合口、北側埡口修筑主、副壩各一座，是國內第一座建于喀斯特地區采用局部防滲處理的抽水蓄能電站。

庫區巖性主要為寒武系瑯琊山組薄層狀條帶和車水桶組中厚層條帶灰巖，受軸向約NE45°的褶皺構造作用，巖層陡立，傾角70°～80°，層間擠壓緊密。斷裂構造以走向NW、傾向NE的中等傾角斷層為主，多呈張扭性，沿斷層有花崗閃長斑巖巖脈侵入，連續分布一定厚度具有阻水作用的巖脈。裂隙以順層NE向為主，NW向次之。喀斯特主要沿巖層面與NW向裂隙發育，空間上呈 “之”或 “井”字串珠狀分布，洞體狹長，受地層巖性、地質構造及地下水排泄方向等因素控制。瑯琊山組灰巖中可溶性方解石含量低，喀斯特不甚發育；而副壩埡口至龍華寺一線②號向斜兩側車水桶組灰巖中可溶性方解石含量高，喀斯特較為發育，特別是副壩埡口段車水桶組中段灰巖喀斯特發育尤為強烈，揭露地表溶洞、地下溶洞、落水洞共113個，一般在高程120 m以下為粘土以及土石混合物充填，高程120m以上為半充填或無充填，庫區喀斯特滲漏問題尤為突出。

2 防滲帷幕布置

喀斯特地區水庫防滲處理一般是同時采用鉆探、物探、洞探等多種勘探方法，最大限度地查清喀斯特地區的地質構造及喀斯特分布范圍、發育情況，在對喀斯特滲漏條件進行合理評價的基礎上，結合工程具體情況，采用合理的防滲布置方案和處理措施，并采用 “灌、鋪、堵、截、圍 （隔）、噴、塞、引、排”多種方法中的一種或幾種相結合的綜合處理措施，以期達到有效控制水庫滲漏量和處理方案經濟合理的目的。

根據國內喀斯特地區水庫防滲處理經驗，結合瑯琊山抽水蓄能電站上水庫喀斯特發育特征，庫區防滲采用以垂直灌漿帷幕防滲為主，粘土鋪填輔助防滲，結合防滲線上溶洞掏挖并回填混凝土的綜合處理措施。

帷幕防滲標準為1 Lu，帷幕線從龍華寺分水嶺，經主壩趾板、進/出水口岸邊，副壩至小狼洼溝頂巖脈墻，豎向深入喀斯特發育帶以下的相對不透水層內，兩端與高于庫水位的地下水位相接，在庫區東南、西、北及東北岸形成完整封閉的帷幕防滲圈。實施帷幕總長2 290.9 m，灌漿孔總進尺12.49萬m，防滲面積約15.49萬m2。副壩段帷幕最大深度140 m，為便于灌漿施工和防滲線上溶洞掏挖處理，在140、115 m和90 m高程設置3層灌漿平洞。上、下層帷幕采用 “迭瓦式”連接，帷幕中心線相距5 m，上、下搭接不小于5 m，并采用淺孔灌漿連接補強，淺孔灌漿壓力采用2 MPa。

3 施工工藝和參數選擇

（1）灌漿方法。采用孔口封閉，孔內循環，自上而下分段高壓灌漿法處理喀斯特型滲漏，在烏江渡等工程中應用效果好。本工程帷幕灌漿也選用這種灌漿法。鉆孔孔徑為59 mm，孔口管段為91 mm。

（2）灌漿材料。室內漿液性能試驗選擇純水泥漿液、水泥粉煤灰混合漿液和水泥砂漿，分別進行粘度、泌水率、凝結時間、穩定性以及結石抗壓強度、抗折強度等項目的測試驗。根據試驗成果，最終選擇帷幕灌漿采用純水泥漿液，采用5∶1、3∶1、2∶1、 1∶1、 0.8∶1 和 0.5∶1 等 6 個質量比級； 處理小溶洞、較大的溶蝕裂隙采用水泥砂漿，水泥∶砂∶水質量配比為1∶1∶0.6，處理較大的溶洞采用一級配或二級配高流態混凝土。

（3）壓水試驗。各灌漿孔段均進行單點法簡易壓水試驗，壓力為孔段最大灌漿壓力的80%，最大壓力為1 MPa。檢查孔壓水試驗在灌漿結束14 d后進行，對附近孔灌漿時無異常的檢查孔，壓水試驗方法采用單點法，壓力為最大灌漿壓力的80%，最大壓力為1 MPa；對于附近孔灌漿時大耗量、遇溶洞等特殊情況時的檢查孔，壓水試驗采用5點法，壓力為最大灌漿壓力的80%，最大壓力為2 MPa。

（4）裂隙沖洗。灌漿試驗表明，對遇充填粘土的溶洞孔段，采用1 MPa高壓水沖洗效果不太明顯。根據工程經驗，遇溶洞孔段可不進行裂隙沖洗。

（5）灌漿分段及灌漿壓力。根據高壓帷幕灌漿試驗成果，最大灌漿壓力采用4～6 MPa，灌漿孔分段及灌漿壓力見表1。灌漿過程中，各孔段起灌漿液水灰比為5∶1，起灌壓力0.5 MPa，根據其注入率大小調整灌漿壓力和漿液水灰比，灌漿壓力控制見表2。

表1 灌漿孔段及灌漿壓力

表2 灌漿壓力控制

（6）溶洞等特殊孔段處理。根據灌漿孔鉆進記錄、壓水試驗、灌漿及孔內電視等資料，及時分析確定溶洞的規模、分布、有無充填及充填物的組成、形態等情況，及時調整灌漿材料、灌漿壓力、注入率等施工參數。①對遇無充填或半充填溶洞孔段，采用大孔徑鉆孔進行擴孔，視情況泵送高流態一級配或二級配混凝土，直至將其空腔填滿，用0.5∶1濃漿灌注，待凝不小于24 h后掃孔，用2∶1稀漿起灌，按灌漿程序灌漿，直至結束標準。②對有充填、大耗灰量孔段，先用水泥砂漿灌注，再用0.5∶1濃漿灌注，并在灌漿過程中，視其不起壓、起壓而達不到結束標準、耗灰量達到限量等不同情況，分別采取低壓或自流、 分級升壓、 濃漿 （0.5∶1）、 限流 （10～20 L/min）、定量限量和間歇以及待凝等措施，進行反復灌注，直至達到灌漿結束標準。

表3 帷幕灌漿耗灰量分析

表4 帷幕灌漿大耗灰量孔段

（7）耗灰量分析。帷幕灌漿各序孔耗灰量分析成果見表3。從表3可知，上、下游排以及各序孔之間的遞減關系明顯，灌漿效果良好。

帷幕灌漿大耗灰孔段見表4。從表4可知，帷幕灌漿大量的耗灰集中在占總進尺少量比例的孔段上，這些孔段的平均單位耗灰量也較大，說明大耗灰孔段部位溶洞、溶隙較為發育，反映出喀斯特發育區帷幕灌漿的特點。

4 結語

瑯琊山抽水蓄能電站上水庫于2005年7月1日開始初期蓄水，至2006年11月26日蓄水至正常蓄水位171.8 m，至今已經經歷了高水位長時間運行的考驗，水庫周圍地下水位和泉水流量未因水庫蓄水而發生變化，灌漿洞壁僅有局部洇水現象，證明庫區喀斯特滲漏部位采用高壓帷幕灌漿處理后，防滲效果良好。