自密實混凝土在小烏江水庫地下溶洞封堵中的應用

陳才明

(貴州省余慶縣水務局，貴州 余慶 563000)

1 小烏江水庫工程左岸的巖溶管道的探測與封堵措施

余慶縣小烏江水庫工程大壩為堆石自密實混凝土重力壩，水庫總庫容434萬m3，水庫大壩最大壩高47.2 m，總庫容383 m3，興利庫容358萬m3，見圖1。

圖1 余慶縣小烏江水庫工程大壩

1.1 巖溶管道的分布及探明情況

根據(jù)《余關縣小烏江水庫工程成庫論證勘察設計報告》及《余關縣小烏江水庫工程初步設計報告》，小烏江水庫工程左岸有2條巖溶管道，1#主管道位于帷幕灌漿孔284～285位置，推測尺寸為5 m×16.5 m(寬×高)，分布高程781.5 m～797.0 m。2#支管道位于帷幕灌漿孔317～319位置，推測尺寸為5.3 m×9 m(寬×高)，分布高程779 m～784.0 m。為準確探明巖溶管道的分布情況，在實際施工過程中，以316#灌漿孔分兩頭施工，以Ⅰ序孔為先導孔，帷幕灌漿采用孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)的方法分序進行，遇到掉鉆情況需做好詳細記錄(高程、掉鉆長度、地下水位等)，并停止該孔施工，然后不分序號改用90 mm孔，采用同樣方法對下一個孔進行施工，直到探明該段巖溶管道的范圍及寬度為止，最后進行集中封堵。共探明5個溶洞區(qū)，分別為：1#區(qū)域，208～216區(qū)域，分部高程為784.5 m～797.0 m；2#區(qū)域，232～256區(qū)域，分部高程為781.5 m～799.0 m；3#區(qū)域，254～257區(qū)域，分部高程為803 m～806.0 m；4#區(qū)域，284～285區(qū)域，分部高程為784.5 m～797.0 m；5#區(qū)域，317～319區(qū)域分部高程為784.5 m～797.0 m。區(qū)域內(nèi)巖溶管道呈蜂窩狀，不規(guī)則型，局部積水，可能存在動水等特點。

1.2 巖溶管道封堵方案

方案一：地面豎井，采用從地面開挖施工豎井作施工通道，豎井開挖深度：1#區(qū)域為70 m；2#區(qū)域為64 m；3#區(qū)域為62 m；4#區(qū)域為47 m；5#區(qū)域為63 m。地面開挖工程量大，同時巖溶管道呈蜂窩狀不規(guī)則型、局部積水，且可能存在動水等情況，施工過程中可能出現(xiàn)塌方且立模困難等原因放棄。方案二：從水庫大壩下游開挖斜井作施工通道進行封堵，需開挖長度為600 m的斜井，施工過程中可能出現(xiàn)塌方、地下涌水及泥石流等太多不安全因素而放棄。

最終方案：采用地面鉆孔，C15自密實混凝土回填，再進行溶洞堵頭范圍內(nèi)深孔固結(jié)灌漿加固方案。

自密實混凝土封堵技術對混凝土的配合比有要求，需要根據(jù)當?shù)貙嶋H地質(zhì)條件進行混凝土材料配比的管理和控制，確保混凝土封堵之后能夠保證使用質(zhì)量和使用年限。需要用到泵管潤滑砂漿，對砂漿的配合比也要根據(jù)工程所在地要求進行調(diào)整[1]。在實驗室中完成相關配比工作，施工過程中要嚴格依照實驗室配比實驗獲取的配比參數(shù)進行材料調(diào)配。自密實混凝土配比及泵管潤滑砂漿配比見表1、表2。

表1 自密實混凝土配比 單位：kg/m3

2 自密實混凝土在溶洞封堵的施工技術

2.1 溶洞存在的空腔可能并未完全揭示在表面，需要對所有溶洞進行探查

利用型鋼、模板、插筋等方式對溶洞下方進行探查，確保所有空腔的頂部都能夠露在洞口表面，避免有漏堵的情況發(fā)生。

2.2 鉆孔的布置

根據(jù)設計堵頭的長度，在設計帷幕線上游2 m～3 m平行于帷幕線布置第一排鉆孔且超過溶洞的寬度，鉆孔直徑不低于90 mm，最好采用150 mm(根據(jù)鉆機情況確定)，根據(jù)孔徑大小確定縱排距，以此類推直到最后一排孔滿足堵頭長度的要求，同時必須對孔口作好保護，防止鉆孔意外堵塞。

2.3 自密實混凝土封堵

2.3.1 封堵前的準備工作

自密實混凝土澆筑封堵前，提前2 h對砂石骨料含水、含粉率、細度模數(shù)進行檢測，自密實混凝土根據(jù)配合比拌制。對自密實混凝土性能狀態(tài)檢測(要求：塌落度260 mm～280 mm、擴展度650 mm～750 mm、V漏斗試驗檢測7 s～25 s)，澆筑過程中每間隔4 h對混凝土性能狀態(tài)檢測一次。自密實混凝土采用強制攪拌，拌和站拌和完畢送到施工現(xiàn)場，拌和時間比一般混凝土拌和時間長2倍，選擇專門的自密實混凝土減水劑，在技術人員的指導下完成混凝土拌和工作[2]。

2.3.2 自密實混凝土封堵

自密實混凝土封堵技術多采用高位關注法。材料濕表觀密度常規(guī)情況下在2400 kg/m3～2500 kg/m3范圍內(nèi)，遠遠大于水的密度，導致堵頭位置或者大尺寸孔洞口承受壓力比較大。孔洞的堵頭位置如果強度不足，則容易出現(xiàn)混凝土沖垮問題。堵頭處理設計要根據(jù)自密實混凝土濕表觀密度以及灌注高度參數(shù)來計算，確保灌注安全可靠。本項目的灌注高度較高，涵管比較長[3]。涵管過長則容易造成孔內(nèi)關注不滿的問題，需要對灌注速度和自密實混凝土濃漿密度進行基礎調(diào)節(jié)，確保較深較長的孔洞能夠填充飽滿。自密實混凝土施工時利用鉆孔從地面往溶洞內(nèi)灌注C15自密實混凝土，灌注時應從上游側(cè)向下游側(cè)逐排依次進行。為保證溶洞內(nèi)混凝土充填密實，小烏江水庫工程采取以下關鍵措施：從灌注孔孔口用Φ32PE管插入孔內(nèi)(距孔底約0.5 m～1.5 m)作為排氣管；灌注孔周邊的孔必需打開排氣；自密實混凝土須經(jīng)漏斗進入孔內(nèi)，且每次漏斗內(nèi)混凝土注入完后再進料，同時人工在漏斗內(nèi)用鋼筋或木棍釬插以保證正常通氣。自密實混凝土以自流形式流入孔洞中，將孔洞充滿，直到洞口逸出混凝土為止。在施工過程中，自密實混凝土要連續(xù)泵送，根據(jù)充填情況調(diào)節(jié)泵送速度。盡量一次充填完成，如果出現(xiàn)停泵問題，超過一個半小時的停泵，就要將泵管內(nèi)所有混凝土清理干凈，清洗泵管泵機，待泵機流出的水為清水，確保清洗干凈之后再進行充填。

3 堵頭固結(jié)灌漿

堵頭混凝土灌入完成后再進行堵頭范圍內(nèi)固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿穿過自密實混凝土堵頭并深入下層基巖，在堵頭上、下接觸基巖不小于5 m范圍進行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿施工時按下游排開始，從上游側(cè)排依次進行。固結(jié)灌漿孔孔距3.0 m、排距3.0 m，梅花型布置，孔徑不小于Φ76 mm。

在固結(jié)灌漿過程中，在一次2 t～5 t水泥升不了壓情況下實行待凝再灌，一定范圍內(nèi)(20 t或30 t水泥),經(jīng)待凝也升不了壓情況下在制漿時加入自密實混凝土外加劑，每噸水泥添加量約2 kg，每2 t水泥待凝3 h后可再續(xù)灌，直到能升壓后再一次性灌漿結(jié)束，為保證固結(jié)灌漿效果，凡經(jīng)過待凝的孔需掃孔復灌1次且一次性結(jié)束。導流洞永久堵頭固結(jié)灌漿施工處理采用濃漿封閉所有的孔洞，全孔灌漿完成后，在孔底用濃漿置換余漿，置換完成后關閉閥門。孔內(nèi)的漿液全部凝固之后，孔上方因為漿液凝固干縮而造成的凹陷可以采用人工回填的方式填充。將預埋設施外露的部分割掉[4]。

4 封堵效果檢測

深孔固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查：檢查孔數(shù)量為總孔數(shù)的5%左右，208～216區(qū)域共布置3個壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率均<5 Lu，平均值為1.54 Lu；232～256區(qū)域布置1個壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.38 Lu；254～257區(qū)域共布置1個壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.57 Lu；284～285區(qū)域共布置1個壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.36 Lu；317～319區(qū)域共布置1個壓水檢查孔，灌后檢查孔透水率值為1.51 Lu；深孔固結(jié)灌漿灌后透水率值均滿足設計標準(q<5 Lu)，說明封堵效果顯著[5]。

5 結(jié)語

自密實混凝土是清華大學金峰教授研究并獲得國家科技進步二等獎的新技術，現(xiàn)在西南地區(qū)應用推廣較多，小烏江水庫工程灌漿中添加自密實外加劑的方法是一次新的成功現(xiàn)場實驗，對今后工程建設中解決類似問題提供了經(jīng)驗。