粉細砂地層基坑涌水流沙等地質(zhì)災(zāi)害的治理

張宏偉 李 茜

（中國水利水電第三工程局有限公司西北分局 甘肅 蘭州 730070）

1 工程概況

黃河海勃灣水利樞紐為Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市境內(nèi)的黃河干流上，是一座防凌、發(fā)電等綜合利用的水利樞紐工程，主要由土石壩、泄洪閘、河床式電站等建筑物組成。河床布置四臺貫流式水輪發(fā)電機組廠房，總裝機容量90MW，年發(fā)電量3.59億kW·h。電站廠房順水流方向長69.1m，最大壩高35.2m，水庫正常蓄水位1076.0m，總庫容4.87 億m3。

基坑開挖施工時，基坑內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)十幾處涌水現(xiàn)象，靠近上游圍堰及右邊坡處涌水點較多，涌水點由小變大，由點逐漸擴大到面，涌水量逐漸增大，并帶有大量粉砂、細沙涌出，水質(zhì)渾濁?；觾?nèi)及基坑邊坡出現(xiàn)局部塌陷，直徑最大達2m～3m，塌坑深度最大達1.0m，多呈圓形和橢圓形，塌坑內(nèi)為Ⅲ單元灰色、灰黃色粉砂、細砂。永久塑性砼防滲墻部位施工成槽深度達到EL1010.5m時，突然出現(xiàn)大量地下承壓水上涌，致使成槽泥漿外溢，底部土體出現(xiàn)塌陷。

2 成因分析

壩址區(qū)地下水按埋藏條件屬孔隙潛水，分布于第四系松散堆積物中，與黃河地表水有水力聯(lián)系。據(jù)鉆孔觀測資料得知，主要接受大氣降水的補給，以潛流的形式向黃河排泄或向下游排泄，地下水水力坡度平緩，局部因抽取地下水造成黃河水補給地下水。根據(jù)原始地質(zhì)資料顯示：壩址區(qū)地層主要由第四系松散堆積物組成，總厚度大于500m。巖性主要由粗細沙、細砂、壤土、砂壤土、粘土、砂礫石等組成，局部夾有含礫細砂、含礫中細砂、砂壤土、壤土、粘土等透鏡體，基坑地基土層為第Ⅲ地質(zhì)單元（Q3al+l），存在地震液化、壩基（肩）滲漏、滲透穩(wěn)定等問題。電站廠房區(qū)開挖基坑最低底面高程為1043.4m，施工期間基坑右側(cè)形成高度約37m的邊坡，且無防滲墻，繞滲滲徑較小。永久塑性砼防滲墻底部高程與黏土層高程接近，且根據(jù)勘探資料黏土層厚度不一。

通過以上分析，有以下幾點原因：①由于上下游高噴防滲墻（懸掛式）沒有封閉，內(nèi)外水位差大，可能在基坑右側(cè)地層存在較大的地質(zhì)松散層，有深層次的繞滲，造成基坑涌水而形成管涌。②壩址區(qū)地下水按埋藏條件屬孔隙潛水，與黃河地表水有水力聯(lián)系，基坑開挖及排水施工，造成基坑內(nèi)外壓力不平衡，通過孔隙潛水基坑外向基坑內(nèi)補充水，造成涌水。③根據(jù)地質(zhì)補勘揭示，基坑和右岸土體局部已經(jīng)發(fā)生滲透破壞，地下存在集中滲水通道。由于巖性主要由粗細砂、細砂、壤土等組成，涌水攜泥帶砂容易形成空洞塌陷。④永久塑性砼防滲墻部位因地下地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計底部黏土層厚度不一，施工時出現(xiàn)因下部黏土層薄，為滿足設(shè)計要求而出現(xiàn)的地下承壓水上涌情況。

3 治理措施及方案

為解決施工現(xiàn)場出現(xiàn)涌水、局部塌陷問題，確定以下方案：①在基坑右岸邊坡施工高壓旋噴防滲墻，并與上下游圍堰高噴防滲墻搭接，以阻斷滲水通道，加強防滲。②采用管井降水，以降低地下水位，減少滲流水力梯度。③為防止基坑涌水攜泥帶砂，采用反濾壓蓋、濾水圍井等適當臨時反濾措施，防止土體顆粒流失。④對局部較低的部位，采取小范圍擋水和降水措施，保證施工邊坡安全。⑤對已發(fā)現(xiàn)的集中滲水通道實施灌漿封堵，并對基坑及其周圍受降低水位影響地區(qū)進行地下水位和地面沉降觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

3.1 右岸高噴灌漿

為避免在基坑右側(cè)地質(zhì)松散層，形成繞滲，造成基坑涌水而形成管涌，進行施工右岸高噴灌漿，從上游圍堰開始，下接防滲墻結(jié)束，使其右側(cè)高噴與圍堰防滲墻形成閉合體。右岸增加高噴灌漿施工完成后，右側(cè)來水被防滲墻隔斷，增加來水繞滲滲徑，基坑內(nèi)涌水得到了明顯的改觀。

3.2 管井降水施工

為降低基坑承壓水的壓力，控制地下水位高度，減少基坑涌水量，且使基坑涌水點不帶走或減少帶走地基地層泥砂顆粒，避免或減少發(fā)生涌水、涌砂通道滲水對地基的破壞及基坑周邊塌陷等情況，結(jié)合基坑開挖及砼體型，在上游護坦及下游尾水渠，右岸在安裝間右側(cè)，左岸在施工永久泵坑外側(cè)，不影響主體砼澆筑體型范圍內(nèi)形成大的圍井管井布置。通過基坑內(nèi)雙排管井排水，使基坑內(nèi)地下水位降至開挖基礎(chǔ)面以下，為順利進行下一步的開挖施工，打下堅實的基礎(chǔ)，施工完成后效果良好。

3.3 局部涌水采用反濾壓蓋、濾水圍井施工

由于基坑地層受到地質(zhì)災(zāi)害破壞，為防止出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，根據(jù)專家建議，作為永久工程的基礎(chǔ)，建基面以下的管涌和塌陷土體，提前進行加固處理。采用主要方法為：

（1）涌水點預(yù)處理

根據(jù)基坑地質(zhì)涌水情況，在基坑降水前或基坑降水降至一定水位后，提前進行涌水點處理。處理原則為首先處理左右岸兩側(cè)的水平涌水點，再進行中間垂直涌水點的處理：利用左右臨時道路先對兩岸涌水點的坡腳進行拋填濾料，外側(cè)拋填大石或鋼筋籠進行壓重。待基坑水位降至一定高程后，按照原測量的涌水點坐標修筑進占道路直抵涌水點位置，采用拋填礫石料進行壓重預(yù)處理。在進行涌水點處理時首先處理涌水帶砂的,然后再處理涌水的，利用機械設(shè)備在涌水區(qū)域用鋼筋鉛絲籠形成圍井，內(nèi)包無膜土工布，圍井內(nèi)放置水泵抽水。土工布可有效止住涌砂，避免涌水帶出較多砂造成新的地質(zhì)災(zāi)害。

（2）換填砂礫石料或振沖碎石樁料處理

在基坑開挖接近建基面高程時，換填2m～3m左右砂礫石料或振沖碎石樁料，提前進行振沖碎石樁施工，待振沖碎石樁施工完成后挖除多余部分。同時解決了冬季施工對碎石樁的保護問題，振沖碎石樁的施工能有效止住涌水區(qū)域因水大而造成的涌砂情況。

3.4 基坑內(nèi)防滲墻涌水采用灌注砂漿法施工

對于永久塑性砼防滲墻部位因地下地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計底部黏土層厚度不一，施工時出現(xiàn)因下部黏土層薄，為滿足設(shè)計要求而出現(xiàn)的地下承壓水上涌情況，現(xiàn)場多采用先用碎石加黏土的方式進行填壓，增加上部蓋重，避免涌砂，及時調(diào)集鉆機進行涌水部位的鉆孔施工，采用鋼套管跟進方式，深入黏土層破壞區(qū)1m以下。待鉆孔完成后，砼泵管前端軟管與鋼套管相連接，向孔內(nèi)灌注泵送砂漿。泵壓控制在10MPa，為避免造成嚴重破壞，待泵機顯示壓力值過大時，停止灌注砂漿，使用液壓拔管機提升，再進行灌注砂漿方式填堵下部漏點，止水效果明顯。

3.5 地基疏松和塌孔部位采用基礎(chǔ)補強高噴灌漿施工

為避免因涌道涌水造成的塌陷，在涌道及基礎(chǔ)疏松和塌陷區(qū)均布置了高噴灌漿孔，采用0.6∶1的濃漿先對疏松部位進行填實，后高壓成樁加固基礎(chǔ)和穩(wěn)固邊坡。它對于基礎(chǔ)加固及邊坡穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用。

3.6 加強監(jiān)控管理

加強現(xiàn)場監(jiān)控管理，加密監(jiān)控測點布置，尤其對容易出現(xiàn)涌水、塌坑地段要加強觀測。出現(xiàn)涌水流沙點、塌坑及時處理，短時間內(nèi)得到有效控制，避免出現(xiàn)繼續(xù)擴大趨勢。

4 結(jié)語

通過右邊坡增加高噴防滲墻，與上下游圍堰高噴相接，有效地增加了基坑外側(cè)來水滲徑，為基坑內(nèi)管井施工實現(xiàn)邁出了堅實的第一步。基坑內(nèi)雙排管井排水，降低了基坑內(nèi)水位，為后續(xù)工程開展奠定了基礎(chǔ)。對于局部涌水采用的反濾壓蓋，濾水圍井，砂漿堵漏等都取得了良好的效果，保證了工程的順利進展。本文通過對黃河海勃灣水利樞紐工程地質(zhì)災(zāi)害分析及綜合治理，對類似電站的基坑施工有一定的指導(dǎo)，為今后類似地質(zhì)條件下水電站基坑施工提供借鑒。陜西水利