株溪口水電站廠房段溶槽處理設計與施工

宗蓓

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

1.1 概 況

株溪口水電站位于湖南省資水干流中游安化縣境內，是一座以發電為主兼有航運的樞紐工程。電站廠房屬于河床式廠房，位于河床右岸，廠房內安裝4臺18.5MW的燈泡貫流式水輪發電機組。水庫正常蓄水位87.5m，相應庫容為1950萬m3；控制流域面積約23213km2，總庫容0.58億m3。工程于2005年11月下河施工，于2006年8月開始廠房段土建施工。

1.2 廠房段地質情況

株溪口水電站壩址右側原河床高程 （77.6～79.2）m，基巖面高程（74.5～76.5）m，地層為寒武系中統泥質灰巖、泥質條帶灰巖等，主要的斷層有F28、F28＇、F29、F36，各斷層走向為NEE向。廠房處河床高程（78.4～79.1）m，表部為砂卵石，厚（2～5.0）m；右岸部位為ⅠⅠ級階地，寬度大于100m，高程（90～100）m，由壤土、粘土構成，厚（7～9）m，階地前緣斜坡坡角35°。廠房處下伏基巖為寒武系中統第四巖組含炭紋層狀泥質條帶灰巖，巖石堅硬，薄～中厚層狀為主，其中F36斷層從廠房部位經過，斷層附近有牽引小褶皺發育，巖層扭曲較強烈，產狀變化較大，巖層走向N70°～80°E，傾向SE，傾角自15°～60°不等，巖溶較發育，沿斷層帶見有溶洞發育。

F36斷層帶的巖溶漏水通道，斜穿廠房區域，其中巖溶發育豐富，存在大規模高流速、管道型涌水通道，同時沿斷層帶形成一條（2～9）m寬的溶蝕槽，隨著廠房基坑開挖，涌水量呈現逐漸增大趨勢，由最初0.05m3/min變為后期83.33m3/min，給廠房施工和電站樞紐蓄水造成極大安全隱患，按照常規堵漏灌漿方法已無法解決該地質問題。

2 廠房段溶槽處理設計

廠房F36斷層在2006年10月出現大規模的涌水，涌水量約為83.33m3/min，若不盡快進行處理，將嚴重影響廠房施工延誤工期，并且直接關系到廠房基礎穩定。

溶槽處理設計主要為滲漏水處理和地質處理。

（1）滲漏水處理。

滲漏水處理中應首先準確掌握溶槽滲漏通道并根據滲漏通道制定水流控制方法。為查清廠房溶槽滲漏通道，采用物探電磁波透視掃描，以期能精確檢測溶槽發育情況，得出溶槽大小、深度和長度精確數據。通過物探掃描分析，查明溶槽滲水連通情況，證明了F28斷層滲水通道和F36滲水通道連通，且F28斷層通道在閘壩段，高程約為70m，F36斷層通道延伸到廠房底部，高程約55m，溶槽出水口與河床外水位高差約25m，存在水頭高，流速大的問題。為解決水頭高、流速大的問題，在較大涌水點位置設計三級井點，在各井點和冒水點等部位埋設引管、預埋灌漿管路、安裝抽水系統，把其它部位的滲漏水通過暗管引排至最近的集水井，集中抽排至圍堰外，以達到控制水流的目的。

（2）地質處理。

地質處理主要為充填物質和灌漿工藝的選擇。選擇充填砂卵石是因為卵石在動水中流動性好，容易充滿整個蜂窩狀的溶槽，施工工藝簡單，針對不同孔徑的溶槽可使用不同級配的卵石充填，充填骨料顆粒直徑為（5～20）mm。灌漿工藝分為三步，即物質充填——充填灌漿——固結灌漿。在溶槽出水口封閉前，溶槽內已充填滿卵石骨料，引管封閉后，靜水狀態下普通水泥灌漿效果良好且材料不浪費，該灌漿方式較為經濟。

3 廠房段溶槽處理施工方法

3.1 廠房進水渠溶槽處理

廠房進口段左岸邊坡出現F36斷層溶槽,溶槽寬度為（2～5）m，夾層為粘土,有較大黃泥水流出。底板處基巖清理深度約為5m，底部高程約56.5m，用人工掏出夾層黃泥，清理到夾層穩定原狀土層，回填C15混凝土至58.5m高程，并沿斷層方向布置Φ28@200mm，垂直斷層方向布置Φ25@200mmⅡ級鋼筋，再澆筑混凝土至廠房建基面高程60.15m。在回填澆筑過程中，由于滲水量較大，在滲水處埋設4根8寸引水鋼管，將涌水引出，以確保混凝土澆筑質量，待混凝土強度達到后封堵引水管。

廠房進水渠上游側F36斷層以上部分，首先清理約3 m深度的黃泥夾層，之后在夾層兩側的巖壁上鉆孔設置Φ25@1500mm長度為2m（外露長度1m）的錨桿，再分層澆筑混凝土以堵塞斷層，同時在混凝土墻體中埋設PVC排水管。待混凝土墻體澆筑到80.0m高程后，再在進水渠底板處進行灌漿處理。

3.2 廠房主機段溶槽處理

廠房主機段在開挖施工過程中，將F36溶槽挖穿，導致3#機組尾水段集水坑中的涌水擊穿溶槽夾層粘土，大量涌水從廠房4#主機段涌出，致使3#尾水段的集水坑失效，廠房主機段基礎開挖因涌水中斷。

開挖中斷后，在廠房4#機主機段先填筑沙包圍堰，將涌水分隔在3#主機段，爆破形成一個集水坑（長15m寬20m，2m深）。新的集水坑形成后，在集水坑下游側采用型鋼搭設一個能滿足安裝12臺水泵的平臺。在此平臺上，安裝了90kW水泵3臺，揚程34m，流量612m3/h；75 kW抽水機5臺，揚程39m，流量486m3/h；55kW抽水機2臺，揚程19m，流量790m3/h。為將涌水口涌水引入4#主機段集水井，并控制水流流向，在4#主機段最大涌水點處埋設3根直徑DN400的鋼管，管口一端伸至涌水點，另一端伸至集水坑。管口安裝DN400的閘閥，用于將來封管用。為將涌水點涌水圍堵，將水引進排水管，采用袋裝混凝土疊成圍墻，先后使用3000個編織袋。先圍堵涌水點兩側，壘一層混凝土包；由于涌水大，混凝土包之間縫隙漏水，在混凝土包外圍再壘一層，兩層中間間隔50cm，端頭封住，最后往隔層灌混凝土，并振搗密實，以防止漏水。待第2天，涌水點兩側圍墻混凝土凝結有強度后，采用混凝土包封堵涌水點剩余的缺口。

做了以上處理之后，為保證4#機底板整塊澆筑，在4#機臨時集水坑上鋪設鋼梁、鋼模板，形成蓋板，整體澆筑4#機底板。在架設4#機臨時集水坑蓋板時，預留4個混凝土澆筑孔和集水坑排水孔。待混凝土澆筑覆蓋完成，封住閘閥后，回填集水坑混凝土。引水管布置見附圖。

附圖 4#機溶槽引水管埋設示意圖

溶槽涌水被引入4#機集水坑后，原來在3#尾水段的涌水口涌水減少，只需要安裝2臺75kW水泵即可以平衡涌水。先采用沙袋將涌水口圍住，縮小抽水范圍，將原3#尾水段集水坑清理后覆蓋混凝土。在集水坑四周巖石面清理干凈、底板清理至溶槽原狀粘土層后，在四周巖石上打錨桿（Φ25@1500L3000，錨入基巖深度2m），并在垂直溶槽走向布置Φ32@100mm鋼筋，沿溶槽走向布置Φ25@200mm鋼筋，然后采用C20混凝土進行覆蓋。

3.3 溶槽灌漿處理

廠房段溶槽灌漿處理工程作為一個單元,共分為4個部分，按照溶槽涌水點自上游到下游分為1#、2#、3#小集水坑及4#機主機段大集水坑。

配合廠房3#、4#機混凝土澆筑施工,先后在F36溶槽涌水點1#、2#、3#小集水坑及4#機主機段大集水坑預埋了灌漿管路系統。其中1#、2#、3#小集水井分別預埋長6m Φ150mm灌漿鋼管、長6mΦ75mm灌漿鋼管各1根，4#機主機段大集水井預埋6m長Φ150mm灌漿鋼管4根、長6mΦ75mm灌漿鋼管2根，各安裝有球閥開關等，以便進行“試封堵”及以后灌漿時閉漿和封管處理用。灌漿準備工作就緒后，關閉廠房4#主機段集水坑DN400閘閥進行封堵，至此，F36溶槽廠房段堵水工作基本完成，具備堵漏灌漿條件。

堵漏灌漿先預埋灌漿管路，再澆筑混凝土蓋重，最后由預埋管路灌注水泥漿液的程序進行灌漿施工。通過之前預埋的灌漿管路采用循環式灌漿和純壓式灌漿相結合施工，單位吸漿量過大或長時間灌漿壓力和單位吸漿量無明顯變化時，通過一條灌漿管路灌注水玻璃等速凝劑,讓水泥漿液可快速凝固減少漿液外流浪費。漿液采用0.6∶1濃漿開灌直至終灌，灌漿壓力采用0.5MPa，最大壓力下不吸漿持續灌注10min后封閉灌漿鋼管，達到閉漿效果，第2天打開灌漿鋼管閥門檢查封管效果。

4 結語

株溪口水電站由于地質原因，廠房段開挖時出現了較大的溶槽，且和閘壩處溶槽相通，給施工帶來了很大的困難，溶槽處理就變成了當務之急。在施工中首先對溶槽涌水點進行圍堵，形成集水坑，然后用水泵排水，再分個封堵，待集水坑封堵完畢，進行灌漿處理。

根據預埋的滲壓計觀測數據統計分析，滲透壓力與外河水位的升降密切相關。F36溶槽處理前，布置的滲壓計其壓強波動較大，波動范圍在（+0.04～-0.08）MPa之間。隨著關閉涌水口后，溶槽充填灌漿、固結灌漿處理的進行，滲壓計壓力值趨于穩定，波動范圍在±0.01MPa之間，壓水透水率最大值為4Lu，抬動觀測最大值為180um，均在許可的范圍內，表明溶槽處理效果良好。

實踐證明，該電站廠房段的溶槽處理方法是行之有效的。所敘溶槽處理的施工過程及施工方法，可為處理類似問題提供參考。