隘口水庫巖溶發育區防滲處理技術與應用措施

屈昌華，郭維祥，昝廷東，夏明星

（1.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，貴陽 550081；2.重慶長興水利水電有限公司，重慶 409900）

隘口水庫巖溶發育區防滲處理技術與應用措施

屈昌華1，郭維祥1，昝廷東1，夏明星2

（1.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，貴陽 550081；2.重慶長興水利水電有限公司，重慶 409900）

針對隘口水庫壩址區地質條件和巖溶特點進行了詳細分析，提出了巖溶發育分區建議指標和防滲處理方法，即以高壓水泥灌漿為主，其他方法為輔的綜合灌漿技術。通過在隘口水庫工程中運用此技術，取得了良好的效果，為巖溶地區水利水電工程防滲堵漏處理提供了一種新的思路和方法。

隘口水庫；巖溶發育區；防滲處理技術；研究；應用

1 工程概況

隘口水庫位于重慶市秀山隘口鎮上游1.5km的平江河上，水庫設計正常蓄水位544.45m，總庫容3580m3，大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，設計最大壩高86.2m，總灌溉面積1.34萬hm2，是1座以灌溉、防洪為主并兼顧供水、發電等綜合效益的中型水利工程。

隘口水庫巖溶極其發育，為防止庫水通過溶洞、巖溶管道及溶蝕裂隙滲漏影響水庫效益，設置了總長1383m的防滲帷幕，主要采用高壓水泥灌漿（分為左右岸，上、下3層灌漿平洞施工及河床基礎廊道），施工過程中由于只采用了單一的常規灌漿工藝，效果較差，且工效低、灌漿材料消耗大，難以達到防治處理工程目的。通過對壩址區巖溶地質條件分析，建議先利用灌漿先導孔及物探方法查明巖溶發育情況，再針對不同巖溶發育區采用不同的多種灌漿措施進行處理，取得了較好效果，并具有工藝簡單、功效高、成本低等優點。

2 地質條件［1］

2.1 地層巖性

壩址區及防滲線地層主要為寒武系上統（∈3）與奧陶系下統（O1）地層，以灰巖、白云巖為主，局部夾頁巖。

2.2 地質構造

巖層走向N50°～80°E/NW∠28°～35°，由于壩址區地質構造位于鐘靈復式背斜與平陽蓋向斜交接部位，地層受構造運動破壞大，結構面發育，與右岸溶洞群相關的斷層主要有F2、f4、F13等。

2.3 水文地質

壩址地下水位高于河水位，為地下水補給河水，其中右岸地下水主要為上沱、坑沱、王家墳洼地的地表水、地下水補給平江河（地下水運動方向是由東向西補給的）。地下水類型主要為河床砂卵礫石孔隙水及基巖巖溶水（巖溶水又分為暗河及巖溶泉水）。右岸溶洞群所處巖體的透水率（q）以大于50Lu為主。

3 防滲線巖溶特點與巖溶發育分區［2-3］

3.1 巖溶發育特點

為進一步查明防滲線上巖溶發育情況，采用了先導孔鉆孔與物探（電磁波CT、EH4等）相結合的綜合勘察方法，通過對勘察成果分析，隘口水庫防滲線巖溶發育具有以下特點：

（1）順構造方向（走向或傾向）發育，如河床，其溶洞長軸方向與地層傾向及f4斷層傾向基本一致，呈多層狀分布。

（2）巖溶發育與地層密切相關，巖性是巖溶發育的基礎，如果巖石CaO含量愈高，層厚、連續性好，巖溶發育愈強烈；而不溶物及MgO含量與巖溶發育成反比。防滲線上寒武系地層二疊系地層質純層厚（特別是毛田組∈3m），溶蝕作用強烈，巖溶發育，如河床段、右岸的K5、K6等溶洞；其他地層巖溶發育程度較弱。

（3）巖溶類型主要為溶洞或管道（如右岸的K6、K5，左岸的KW7、KW8、河床的多層溶洞等）及強溶蝕區（如右岸），以充填型或半充填型溶洞及溶隙為主，充填物主要為粘土、粘土夾砂、溶塌塊石等。

（4）巖溶發育部位主要集中在河床及右岸樁號0+230以前。

（5）河床巖溶一般（主要）發育高程集中在380m以上，最低發育高各達280～290m，說明河床段深部巖溶發育。右岸：樁號0+000.0～0+230.0，巖溶一般（主要）發育高程集中在450m以上，其他部位發育主要在500m高程以上；左岸：除KW7、KW8巖溶管道（高程485m以上）外，僅在其他部位零星發育，高程主要在520m高程以上。

（6）防滲線巖溶發育具有不均一性，在河床及右岸部分地段巖溶發育，而其他部位則多為裂隙或溶蝕裂隙，巖溶不甚發育。

3.2 巖溶發育分區

3.2.1 建議指標

鑒于現行水利水電工程勘察規范無巖溶發育程度的定量分區指標，根據原地礦部DZT0060—1993《巖溶地區工程地質調查規程》［4］中的相關規定，結合隘口水庫各種巖溶定量指標的綜合統計分析，建議隘口水庫防滲線巖溶發育程度定量指標，如表1所示。

表1 隘口水庫防滲線巖溶發育程度分區建議指標單位：%

3.2.2 巖溶發育分區

按表1中的分區指標，隘口水庫防滲線巖溶可分為以下強、中等、弱3個巖溶發育區。

（1）強巖溶發育區分布在防滲線上樁號分別下灌左0+010.90～上灌右0+176.5及上灌右0+296.5～上灌右0+392.5。其灌漿先導孔平均線巖溶率為33.02%，平均遇洞率達65%，面巖溶率為13.12%。

（2）中等巖溶發育區分布樁號為上灌右0+440.5～上灌右0+560.5，其灌漿先導孔平均線巖溶率為4.86%，平均遇洞率達40%，面巖溶率為5.81%。

（3）弱巖溶發育區除強、中等巖溶發育區外的區域，其灌漿先導孔平均線巖溶率為3.7%，平均遇洞率達8.1%，面巖溶率0.88%。

4 防滲處理原則

巖溶發育區的水利水電工程防滲要達到的工程目的就是要防止庫水沿溶洞、巖溶管道或溶蝕裂隙滲漏，方法以設置高壓（壓力＞3MPa）水泥灌漿帷幕為主，其處理原則：①查明地質情況，特別是要查明斷層、裂隙、破碎巖體等地質缺陷及巖溶發育情況后，有針對性地選用有效的方法或工藝、適合的灌漿材料；②在有代表性的地段進行帷幕灌漿試驗，為防滲帷幕設計提供合理的技術參數（如孔排距、灌漿壓力等）；③根據已查明的地質條件和灌漿試驗成果進行帷幕設計，適當選擇防滲線的方向、長度、帷幕深度及灌漿參數，將水庫滲漏量控制在最小程度或規范允許程度為標準；④根據灌漿鉆孔揭露新的地質情況對設計參數進行修正，對于處理效果較差的灌漿工藝應分析原因，選用更為適合有效的灌漿工藝和灌漿材料；⑤在選擇帷幕方案時既要考慮防滲效果，同時還應充分考慮到經濟因素，力爭做到“效果好，又經濟”；⑥施工前應設置帷幕灌漿，先導孔，利用鉆孔、物探、水文地質試驗等手段查明巖溶的各種邊界條件，如類型、規模、方向及充填物性狀等。

5 綜合灌漿方法與適用條件［2，5］

5.1 基本灌漿方法

巖溶地區水庫防滲帷幕灌漿就是利用鉆孔并施以一定壓力把各種漿液灌入巖體溶洞、溶蝕裂隙及裂隙孔隙中，形成阻水幕，從而達到水庫防滲堵漏的灌漿，基本方法包括純壓式灌漿、循環式灌漿、自下而上分段灌漿法、綜合灌漿法、孔口封閉灌漿法、高壓灌漿（＞3MPa）、中低壓灌漿（＜3MPa）、水泥灌漿與其他材料灌漿等。

5.2 巖溶強發育區帷幕灌漿綜合措施（方法）與適用條件

（1）壓力沖洗或壓力置換與水泥灌漿的特殊處理措施（如限壓、限流、限量、間歇措施）結合法，此方法適用于充填粘土夾砂為主的溶洞或溶蝕裂隙。

（2）逐級升壓、加密灌漿孔與高壓水泥灌漿結合法，此方法適用于較大的充填型溶裂隙或充填型小型溶洞（小型管道）。

（3）級配料充填與水泥灌漿液或水泥水玻璃漿液或雙液灌漿組合法，適用于小型及中型規模無充填溶洞、有水但流速小的溶洞。

（4）不同摻砂比（逐級）的水泥砂漿與水泥灌漿組合法，適用于規模較小的無充填型巖溶管道或溶蝕裂隙。

（5）擴孔回填細石混凝土或自密石混凝土，或碎石與混凝土交替回填后進行高壓水泥灌漿，此方法適用于規模較大的無充填型溶洞或巖溶管道。

（6）工序調整法，即按規范中的特殊情況調整施工序次，通過溶洞后再按設計要求的序次施工，適用于規模較大的強溶蝕區。

（7）當深巖溶發育且在灌漿孔施工過程中相互串漿的地段，可采用濃水泥漿或水泥砂漿置換后，再進行高壓水泥灌漿。

（8）對于有高流速的巖溶管道，可先采用模袋灌漿進行封堵，再進行水泥灌漿。

6 隘口水庫巖溶發育區防滲綜合處理技術［3，5-7］

6.1 基本工藝及灌漿參數

6.1.1 防滲處理的基本方法

采用高壓水泥灌漿法，即利用鉆孔并施以一定壓力把各種漿液灌入巖體溶洞、溶蝕裂隙及裂隙孔隙中，形成阻水帷幕，從而達到水庫防滲堵漏目的。隘口水庫帷幕灌漿的基本工藝為“孔口封閉、孔內循環、自上而下分段灌漿”工藝。

6.1.2 灌漿參數

隘口水庫防滲處理在左、右岸不同高程設置了3層灌漿平洞（平洞間采用搭接帷幕連接），在大壩內設置基礎灌漿廊道，其中基礎廊道設為了3排灌漿孔，排距1.2m，孔距2.0m，采用梅花型布孔，最大孔深190m，分3道工序施工，其他部位采用單、雙排孔布置，孔、排距同基礎廊道；主要采用水泥漿及水泥粉煤灰灌漿，最大灌漿壓力3.5MPa。防滲處理透水率q≤5Lu。

6.2 防滲綜合處理（灌漿）技術

由于隘口水庫防滲線上巖溶發育區，特別是河床段及右岸部份地段巖溶強烈發育，按常規高壓水泥灌漿施工難以達到工程目的，建議采用有針對性的綜合措施（方法）進行處理。

6.2.1 基本地質情況及主要問題

（2）施工過程存在的主要問題。本段在施工過程中存在的主要問題就是下游排Ⅰ孔均存在涌水（實測涌水壓力為0.51～0.87MPa）；多個灌漿孔在孔深40～50m、90～120m灌漿時串漿；灌漿壓力很難達到設計要求的3.5MPa，且重復灌注次數多（試驗區個別灌漿段重復灌注入達20次以上）、單位注入量大，其平均單位注入量高達1.5t/m以上（帷幕灌漿試驗區）。

6.2.2 主要處理措施

（1）對于涌水孔，采用適當增加灌漿壓力、限量（2t/m）、在限量標準不變的情況下適當提高設計灌漿注入率（30L/min）至40～45L/min、灌注水泥水玻璃漿，每個涌水灌孔段均應采用4～8h閉漿等措施（方法）。

（2）對于灌漿孔遇到充填型溶洞，先利用高壓力（5～6MPa）、大流量沖洗，或風水聯合沖洗，或使用高噴裝置沖洗干凈（返水清凈）后再進行灌漿待凝，再掃孔復灌；對于充填物較厚且以粉、細砂為主的溶洞，先直接進行高噴（單管法）處理后待凝24h，再掃孔復灌。

（3）對于灌漿孔間遇到充填型溶洞且又串孔，主要采用壓力置換方法處理，即在A孔施壓（濃水泥漿或水泥砂漿），B孔“出泥”，直到B孔擠出濃水泥漿或水泥砂漿后A、B孔同時閉漿凝，再掃孔復灌。

（4）對于溶蝕裂隙密集帶，由于注入量大、灌漿時間長且又難以達到設計要求的結束標準（包括壓力），故采取的處理措施：①低壓、濃漿、限流、限量、間歇措施，其中限流標準為注入率＜15L/min，限量干料（水泥）為2t/m，間歇時間為8～36h；②分排分段升壓，即調整上下游排灌漿壓力調整為2MPa，中間排2.5～3.5MPa，每個灌漿段可復灌幾次，逐次提高灌漿壓力，直至達到設計壓力；③每次復灌，當灌注材料已達限量時停灌或當灌漿壓力升到此次預定的灌漿壓力時停灌；④縮短灌漿段長度為3m；⑤灌注速凝漿液，即每次復灌將近結束時可灌注速凝漿液（如水泥-水玻璃漿）；⑥灌注水泥-粉煤灰漿液等。

6.2.3 處理效果

施工完成后的處理效果：①布置了6個施工質量檢查孔，壓水試驗166段，透水率區間值為1.68～4.71Lu，平均值為3.29Lu，均滿足防滲標準（q≤5Lu）；②通過檢查孔取芯情況，巖芯較為完整，見水泥結石；③本段相近的位置進行了大功率波CT測試，處理前本區巖溶發育孔段的聲波值以小于1800m/s為主，處理后原巖溶發育孔段的聲波值則以大于2000m/s為主，滿足設計要求值（≥1800m/s），效果良好。

7 結語

（1）巖溶發育區工程防滲處理的總體處理方案必須制定在施工前的各階段查明的巖溶發育基礎上，才能達到預期的工程目的。

（2）利用灌漿先導孔與物探手段進一步查明防滲線的巖溶發育程度指標，并進行巖溶發育分區并采用相應的多種方法（綜合方法）進行處理，可節省投資、縮短工期，具有十分重要的意義。

（3）鑒于水利水電工程目前就巖溶發育程度指標無統一的標準，通過對隘口水庫巖溶發育程度的研究，提出了相應的定量參考指標。

（4）針對國內巖溶發育區防滲處理沒有固定的方法，特別是強巖溶發育區、深巖溶的有效處理方法，因地制宜地應用多種處理措施進行綜合處理，取得良好防滲處理效果，為強巖溶發育區及深部巖溶處理提供了新思路。

［1］重慶市水利水電建筑勘測設計研究院.重慶秀山縣隘口水庫初步設計報告（工程地質）［R］.2003.

［2］中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院.重慶秀山縣隘口水庫防滲處理工程現場技術咨詢年度工作總結報告［R］. 2010.

［3］中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院.重慶秀山縣隘口水庫防滲處理工程現場技術咨詢年度工作總結報告［R］. 2011.

［4］DZ0060—93，巖溶地區工程地質調查規程［S］.

［5］屈昌華，郭維祥.中梁水庫防滲工程現場全過程設計與施工技術咨詢［J］.中國水利，2011（22）:30-31.

［6］屈昌華，昝廷東，周樹燈.基于喀斯特發育區的中梁水庫組合灌漿技術探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（4）:49-51.

［7］中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院.重慶中梁水電站水庫防滲處理工程設計咨詢與現場技術咨詢服務工作總結報告［R］.2010.

Research and Application of Anti-seepage Treatment Technology in Aikou Reservoir’s Karst Development Area

QU Chang-hua1，GUO Wei-xiang1，ZAN Ting-dong1，XIA Ming-xing2
（1.HydroChina Guiyang Engineering Corporation，Guiyang 550081，China；
2.Chongqing Changxing Water Resources and Hydropower Co.，Ltd，Chongqing 409900，China）

According to analyze the Aikou dam site geological condition and the karst characteristics detailedly，put forward the karst development division indexes and anti-seepage treatment methods，namely the high pressure grouting primarily and other methods auxiliary.Introduce the comprehensive grouting technology processing principle and the applicable conditions detailedly.A good result have achieved through the Aikou reservoir engineering using this technology.It’s provide a new train of thought and method for karst region of the water conservancy and hydropower engineering.

Aikou reservoir；karst development area；anti-seepage treatment technology；research；application

TV543

A

1672-9900（2013）01-0059-04

2012-10-29

屈昌華（1964-），男（漢族），四川廣安人，高級工程師，主要從事水利水電勘測、設計及基礎處理施工與咨詢工作，（Tel）18985191068。