甘溪水庫帷幕灌漿不良地質情況處理

徐凱

(貴州黔水工程監理有限責任公司，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，地理座標為東經108°24′30″、北緯28°22′30″。有鄉級公路通過壩址區，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、庫區排澇洞等。工程任務為灌溉和供水，項目建成后能解決沿河縣甘溪鎮、夾石鎮、譙家鎮(1個村)、淇灘鎮4個鄉鎮30個村的生產生活用水。總灌溉面積1 471.67 hm2，供水人口44 260人，工業園區供水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，相應庫容為919萬m3，死水位474 m，相應庫容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和攔河壩段設計防滲標準為3 Lu，其余防滲標準為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灰巖、毛田組(∈3m)厚層灰巖、白云巖、白云質灰巖不等厚互層、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巖、少量黃綠色頁巖，以及厚層白云質灰巖夾白云巖。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計表

2 灌漿前采用的先導孔物探檢測成果

灌漿前設計共布置77個先導孔，其中左岸20個，右岸57個，孔間距為25 m，先導孔包括鉆孔取芯、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個先導孔均進行鉆孔全景成像，據全景成像成果，各鉆孔均未發現較大規模管道型溶洞，但溶蝕裂隙、溶孔較發育，寬度多在10～30 cm，多數未充填，部分半充填泥質；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，左岸巖溶中等發育，巖溶形態多為豎直溶隙，順層溶蝕破碎帶分布在GZ0+184～GZ0+280 m洞段。右岸結合先導孔鉆孔施工及電磁波CT成果來看，右岸巖溶主要集中發育在YD12、YD18、YD24、YD37四個先導孔一帶，鉆孔揭露溶洞規模較大，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計孔深，在帷幕軸線上樁號+0.30 m重新鉆孔，鉆孔結果在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，在相應位置均有掉鉆現象，掉鉆高程在476.35～486.35 m區間，三個鉆孔掉鉆分析為同一溶洞，順層發育，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，該區域物探CT異常帶基本吻合，順層發育，最大高度4.50 m。

YD37：樁號GY1+084 m。根據灌漿隧洞開挖，有巖溶充填現象，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，結合其他補勘孔，判定該區域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

出現塌孔、掉塊、泥沙較多的孔段，但孔內有返水時，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，則應一次性灌至設計壓力，到達規定的結束標準。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，掃孔后復灌，若掃孔仍然存在塌孔、掉塊或孔內含有大量泥沙，則繼續待凝復灌，直至達到規定的結束標準。

當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、限量繼續灌注至水泥耗灰5 t后待凝，待凝24 h后掃孔復灌，復灌時，起灌水灰比采用待凝前相同的水灰比，若復灌水泥干耗達5 t仍未能返漿、升壓，繼續采取待凝、復灌措施處理，若復灌時，注入率減小、孔內回漿、壓力提升，則持續灌注，這時不限量，直至灌漿壓力升至設計壓力，灌注至規定的結束標準，該段灌漿才能結束，待凝24 h后，進行下一灌注段施工。

對涌水孔的處理：鉆孔時出現孔內涌水，說明該部位溶蝕裂隙較為發育，且連通性較好，對該部位的灌漿應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量。

當灌漿孔鉆孔過程中遇到涌水時，特別是當涌水壓力超過0.20 MPa時，根據涌水情況，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(常規段長5 m，控制在2 m之內)，對涌水段單獨灌漿；相應提高灌漿壓力，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；灌漿結束后采取屏漿措施，屏漿時間不少于2 h；閉漿；閉漿結束后待凝48 h；復灌。

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，然后按設計要求進行帷幕補強灌漿；若仍存在涌水，則繼續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模，采用鉆探及物探綜合手段查明溶洞分布形態及范圍、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，當孔口漿面不下降時，改用純壓灌注，在設計壓力下吸漿量<1.00 L/min時，才終止灌注水泥砂漿。混凝土回填或砂漿灌注結束，待凝24 h后掃孔進行常規帷幕灌漿施工，直至達到灌漿結束標準。

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，采取風水聯合沖洗置換或高壓脈沖灌漿的方法進行處理，將灌漿壓力適當提高，水灰比調整到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，直至結束。

對于鉆孔中互相連通的溶蝕裂隙，采用“先純水泥漿預灌注，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

對地質條件復雜的巖溶部位，根據鉆孔資料、物探成果及壓水資料分析，設計單位在右岸一定范圍內加密一排灌漿孔，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GY0+451.00～GY0+471.00樁號、B區GY0+573.00～GY0+643.00樁號、C區GY0+699.00～GY0+711.00樁號、D區GY0+747.00～GY0+765.00樁號、E區GY1+067.00～GY1+101.00樁號、F區GY1+401.00～GY1+431.00樁號，共98個孔。

A區布置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通風相結合的方法對該部位黃泥、沙子進行長時間的沖洗置換，后續在該部位灌注水泥砂漿回填密實，待凝24 h后掃孔進行常規帷幕灌漿施工，直至達到灌漿結束標準，AYJM07、AYJM09灌漿孔分別在鉆進至42.20～47.20 m、47.20～57.20 m時出現返水黃色、返水小的現象，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、限量繼續灌注至水泥耗灰5 t后待凝，待凝24 h后掃孔復灌，復灌時，起灌水灰比采用待凝前相同的水灰比，復灌時，注入率減小、孔內回漿、壓力提升繼續灌漿直至灌漿壓力升至設計壓力，灌注至規定的結束標準，該段灌漿結束，待凝24 h后，進行下一灌注段施工。

B區布置25個加排孔，編號為：BYJM01—BYJM25，孔深為56.43～56.62 m，該區域主要有發育在灌漿部位上部、中上部的由黏土充填或半充填的溶蝕條帶、溶洞，發育規模較大。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水聯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，直至結束。

D區布置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，通過高壓風水聯合沖洗置換實現對該部位的換填，結束后進行帷幕灌漿。

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

F區布置16個加排孔，編號為：FYJM01—FYJM16，孔深為68.90～69.00 m。該區域主要巖溶問題為分布在灌漿區域中部的溶蝕裂隙、溶縫，在FYJM11鉆進至21 m時，出現返水黃色，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鉆進，鉆進至37～47 m時，灌漿壓力無明顯提升，根據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育部位，根據發育特點，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，待凝后繼續鉆進，直到該區域置換結束，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束。

左岸5、6單元在90號孔～100號孔為巖溶發育的關鍵部位，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，結合該孔及附近灌漿孔均有掉鉆現象，溶洞順層發育，推測該處有較通暢的順層巖溶管道發育，灌漿處理后管道被封堵或部分封堵，導致涌水，而補給來源高程較高，形成高1.70 m的噴射水柱。為了探明溶洞發育規模及空間布置，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。后面采用風水聯合沖洗的方法對溶洞充填物進行置換，通過風壓結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、復灌、添加速凝劑等方式灌漿結束。

以上風水聯合沖洗采用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、B區、C區、D區、E區、F區不良地質按上述措施處理后，經質量檢查滿足設計擋水建筑物防滲要求。灌后壓水檢查見表3。

表3 不良地段灌后質量檢查壓水成果統計表

4 結語

沿河縣甘溪水庫大壩樞紐防滲帷幕根據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、黃泥夾沙等地質情況極為復雜，由于庫區多年平均流量只為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，對帷幕先導孔需做物探CT檢查和全孔錄像，先探明地質情況再作帷幕灌漿設計。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月底現水庫已蓄水有50 m的水頭，通過對下游檢查，未發現滲漏異常現象，庫區水位也一直都在呈上漲趨勢。通過對項目不良地質段帷幕灌漿的施工，對以后其它項目實施過程中若遇到類似的地質情況提供了可借鑒的經驗。