貴州喀斯特地質(zhì)條件下某水庫帷幕灌漿設(shè)計研究

楊利 王錦 中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司

1.工程概況

工程位于貴州省黔西南州，工程任務是以城鄉(xiāng)供水為主，結(jié)合灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用。水庫庫容約1.3×108m3工程為II等大（2）型工程，攔河大壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高90m，泄洪系統(tǒng)采取壩身泄洪，設(shè)置有2個溢流表孔+1個泄流兼沖沙底孔。

壩址區(qū)地質(zhì)巖性三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第三段薄至厚層灰?guī)r，兩壩線處于可溶巖發(fā)育區(qū)，上游兩岸發(fā)育有1#、2#、4#等巖溶管道，左岸地下水位較低，右岸存在地下水低槽帶，存在繞壩及壩基滲漏問題。

2.防滲初步研究與設(shè)計

本工程壩線處于可溶巖發(fā)育區(qū)，上游兩岸發(fā)育有1#、2#、4#等巖溶管道，左岸地下水位較低，右岸存在地下水低槽帶，存在繞壩及壩基滲漏問題，址區(qū)巖體主要為薄層至厚層灰?guī)r夾少量泥頁巖，易產(chǎn)生溶蝕現(xiàn)象，壩址無斷層通過，壩基不存在管道性滲漏。

在壩址上游分布T2g2白云巖與泥頁巖互層的相對隔水巖組，厚l00m，其中泥頁巖厚度占55%，且無斷層或大的裂隙切割，屬良好的防滲隔水層，可充分利用T2g2層作大壩防滲依托。同時，河谷屬于地下水補給型，地下水位有向兩岸逐漸抬高的趨勢。并且，為了截斷左右岸巖溶滲漏通道，防止發(fā)生壩基滲漏和兩岸繞壩滲漏，初步擬定防滲帷幕線采用折線方案，布置如下：

（1）左岸：沿N88°E方向向山內(nèi)延伸30m，然后折向N25°E向上游截斷5#、1#巖溶管道，帷幕端點接T2g2泥頁巖隔水層。

（2）右岸：沿N80°W方向接右壩肩山頂，然后折向N42°W向上游截斷2#、4#巖溶管道至上游泥灶沖溝埡口，進入T2g2后向N4°E方向折轉(zhuǎn)，進入一定距離。

根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》（SL 282-2018）規(guī)定，本電站大壩位于巖溶地區(qū)，根據(jù)大壩壩高擬定防滲標準為q＝3～5Lu。大壩左、右岸近壩區(qū)100m范圍內(nèi)防滲標準為q＝3Lu，其余部位按5Lu控制。河床段防滲帷幕設(shè)置深度暫按0.5倍壩高考慮，遇巖溶管道時須采取特殊防滲措施。

孔距、排距取決于漿液的有效擴散半徑，由于巖體的不均一性，很難以理論公式計算其擴散半徑。故孔、排距初步確定壩基及兩壩肩部位為雙排孔，孔距2.5m，排距1.0m；兩岸山體視地質(zhì)情況分別為雙排孔與單排孔，雙排孔孔距2.5m，排距1.0m；單排孔孔距2m，孔距、排距及河床段防滲帷幕深度合理性后期可根據(jù)現(xiàn)場帷幕灌漿試驗進一步復核。

3.施工階段灌漿試驗

在施工圖階段，為進一步驗證帷幕灌漿底線的合理性，灌漿方法在技術(shù)上的可行性與施工效果的可靠性，設(shè)置有帷幕灌漿現(xiàn)場試驗區(qū)。

3.1 試驗目的

（1）檢驗“孔口封閉灌漿法”在本工程的應用；

（2）進行不同孔距、排距灌漿孔的鉆孔和帷幕灌漿施工，結(jié)合后期質(zhì)量檢測，確定適合本工程的灌漿孔距、排距，并根據(jù)本工程巖石的可灌性、漿液注入率等，確定合適的漿液水灰比；

（3）獲取高壓灌漿時混凝土與基巖接觸面、底層、夾層抬動變形量，以確定最大灌漿壓力；

（4）進行灌漿前物探鉆孔、取芯、孔內(nèi)錄像、壓水試驗，和灌漿前、后物探聲波CT測試。灌漿前物探鉆孔、取芯、孔內(nèi)錄像、壓水試驗按地勘標準進行，以查明巖石性狀，通過灌漿前后物探CT測試對比，結(jié)合帷幕檢查壓水試驗，評估灌漿效果；

（5）根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)條件，試驗區(qū)不同巖層的透水率、可灌性、漿液注入量等，檢驗擬定的帷幕底線的合理性。

3.2 灌漿試驗區(qū)布置

擬定的防滲帷幕試驗區(qū)位于大壩右岸近壩區(qū)范圍內(nèi)。結(jié)合地質(zhì)分析和現(xiàn)場實際施工條件，試驗區(qū)長度為15m。

3.3 灌漿材料與工藝

帷幕灌漿試驗采用“孔口封閉灌漿法”，灌漿材料采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，灌漿試驗的鉆孔順序為：物探測試孔→抬動監(jiān)測孔→灌漿孔→檢查孔，灌漿壓力暫按表1控制。

3.4 試驗成果

為確保帷幕灌漿試驗有效，并能滿足工程要求，需對帷幕灌漿試驗成果進行評價，主要采取結(jié)合現(xiàn)場壓水試驗結(jié)果，灌后物探測試結(jié)果、現(xiàn)場的灌漿資料等方法對防滲帷幕灌漿試驗效果進行綜合性地分析。

檢查孔壓水檢查方法如下：

（1）檢查孔采用自上而下分段卡塞，每一段檢查孔長度需保持與相鄰灌漿孔段長一致；

（2）檢查孔的壓水試驗采用三級壓力、五個階段的“五點法”進行。

（3）“五點法”壓水試驗壓力中的三級壓力分別取“單點法”壓水試驗壓力的30%、60%和100%。

檢查孔壓水試驗成果區(qū)間段數(shù)頻率統(tǒng)計表見表2。

由表2可以看出：第三級壓力下，檢查孔布置的總數(shù)為4個，壓水布置總段數(shù)56段；根據(jù)設(shè)計防滲保準的要求，需滿足滲透率q≤3.0Lu的標準，由上表可得出，共有54段滿足要求，帷幕試驗的合格率為96.4%，不滿足標準要求的共有2段。

4.試驗總結(jié)

本工程特有的貴州灰?guī)r地質(zhì)條件下對本工程進行了防滲帷幕設(shè)計，結(jié)合現(xiàn)場帷幕灌漿試驗驗證本工程的防滲帷幕設(shè)計的合理性，其中：

（1）灌漿材料：基本本工程巖溶地質(zhì)條件，P.O.42.5普通硅酸鹽水泥作為帷幕灌漿材料能滿足灌漿設(shè)計要求。

表1 帷幕灌漿試驗灌漿壓力控制表

表2 檢查孔壓水試驗成果區(qū)間段數(shù)頻率統(tǒng)計表

（2）孔排距：結(jié)合不同間排距的灌漿試驗結(jié)果，建議實施過程中大壩壩基及壩區(qū)100m范圍以外采用單排孔布置，孔距2.0m；

（3）灌漿方法和施工工藝：

對于第1段的灌漿方法采用純壓式灌漿，并在孔口埋設(shè)2m長的φ91mm孔口管；對于第2段采用“孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)”的綜合式灌漿方法進行現(xiàn)場實際施工是合理的；

（4）灌漿壓力：根據(jù)灌漿試驗過程的壓力第一段0.5MPa，第二段1.0MPa，第三段2.0MPa，第四段及以下各段3.0MPa是合理的；

5.結(jié)束語

通過本工程的防滲帷幕設(shè)計研究的成功案例，對貴州同等灰?guī)r地質(zhì)條件下類似壩高的水電水利工程防滲帷幕設(shè)計可起到一定的借鑒作用，其中：（1）帷幕軸線的布置可接至兩端頭相對隔水層，軸線可截斷左右岸巖溶滲漏通道；（2）壩基防滲帷幕深度初步可擬定為大壩壩高的0.5倍；（3）兩岸山體視地質(zhì)情況可分別設(shè)雙排孔與單排孔，雙排孔孔距2.5m，排距1.0m，單排孔孔距2～2.5m；（4）灌漿壓力可采用分段式，第一段0.5MPa，第二段1.0MPa，第三段2.0MPa，第四段及以下各段3.0MPa。