復雜地質區水利工程施工處理技術淺析

【摘要】水電作為清潔能源一直得到了國家的大力發展，隨著水利水電事業的不斷發展，必然會遇到諸如巖溶、軟土等特殊復雜的地質區，如何保障在這些復雜地質區的施工質量、安全與進度成為水電建設者較為關心的話題。本文對水利工程建設當中最為常見的幾種復雜地質環境進行分析，并結合某軟土溶洞地區水電工程建設實例，詳細介紹了其施工過程中采取的主要保障措施和技術，為類似復雜地質區水利工程的施工建設提供借簽。

【關鍵詞】復雜地質；水利工程；施工技術；軟土溶洞區

近些年來，我國的水利水電事業取得了長足的發展，一大批水電項目已建成或正處于開發建設階段，但良好地質條件的水電工程基本已開發完畢，一些復雜地質工程區的水電項目則逐漸被提上日程，但也給開發建設特別是施工環境帶來了新的挑戰，施工技術的創新和選用更是建設管理過程中存在的一大難點，為確保工程的長期穩定、承壓、耐久性和抗腐蝕性，必須有針對性的選擇施工方案和技術措施。

杜林，鄧樹密對復雜地質條件下的圍堰高噴防滲施工質量控制進行了分析探討，提出了設計和施工過程中的應當控制的幾點關鍵技術；劉銳對復雜地質條件下中小型水利工程的勘測設計工作當中存在的問題進行了淺析，認為應該以科學化、系統化的管理流程，以期加快進度，提高質量；代建兵對水利施工中軟土地基處理技術進行了分析，提出對施工現場要充分進行考察和分析，摸清實際情況，做到有的放矢，從而確保水利工程的地基質量。

本文在上述研究的基礎上，對常見的復雜地質環境進行了分析，并簡要提出了相應的解決措施，同時結合某一軟土溶洞地區水電工程為例，闡述了施工過程中采取的各項技術措施，為該類工程提供借簽。

1、幾種常見復雜地質施工處理技術簡介

1.1 軟土

軟土壩基是水利工程中較為常見的地質環境之一，由于其具有強度低、壓縮性大、孔隙度高及含水量高等特性，使得本身具有流變大變形、觸變性、抗剪強度低等工程特點，對于水利工程具有較大的危害。一般而言，處理軟體壩基的方法有以下幾種：（1）換填法；（2）排水固結法；（3）振動水沖法；（4）旋噴法；（5）人工材料加筋加固法：（6）灌漿法；（7）樁基法；（8）化學加固法。其中，換填法、灌漿及樁基法是目前水利工程中最為采用的施工處理措施。

1.2 巖溶

西南地區是我國水電資源較為集中的區域之一，但在云貴川普遍存在著可溶碳酸巖節理裂隙發育地帶，在這些復雜地質區修建水利工程容易引發壩基不均勻沉降變形、開裂甚至壩基塌陷，對于壩基安全非常不利，若無法避開巖溶地質區以現如今的施工處理技術，在巖溶地區修建水利工程，一般需采取高壓灌漿處理、開挖回填、強夯、旋噴樁等方法。

1.3 斷裂構造部位

通常而言，水利工程特別是水電站的建設在設計選址時是要避開斷裂構造帶的，但有時因工程的特殊性無法避免在此特殊區域修建，就必須考慮其基礎的抗壓、抗滑、抗滲及抗剪等力學特性，為此在施工過程中通常需要采取固結灌漿法、樁基法、鋼筋加固法等多種措施，以保證水電工程的長期穩定及安全。

1.4 采空區

在某些特殊地區，由于采礦等人類活動留下大面積的采空區，在這些地區修建水利工程的施工難度也相當大，首先需要考慮的就是地面沉降和塌陷問題，目前，針對采空區行之有效的方法主要有：（1）鉆孔灌漿密實法；（2）開挖回填；（3）強夯或者碾壓法；（4）干砌/漿砌圬工支撐法等。而灌漿材料的選擇，孔距的布置，灌漿壓力和方式，回填材料、碾壓功率等是采空區水利工程施工需要重點考慮的因素。

2、工程實例分析

2.1 工程地質情況

某水利工程位于云南省境內，設計灌溉面積20.15萬畝，總庫容3600萬m3，年發電量1080萬kw.h。經地質勘查，庫區主要為前寒武系、寒武系、奧陶系以及志留系地層，河谷谷底及兩岸還分布有第四系全新統殘坡積層、崩坡積層和侏羅系上統蓬萊鎮組泥巖、砂巖，地層自上而下可以分為：種植土、淤泥、粉砂、粗角礫土、粉質粘土、破碎角礫巖，庫區13～17m處下伏碳酸鹽巖地層，巖層走向與河流流向的夾角30-55°，為斜向谷，壩址主要分布有基巖巖溶水和河床卵石孔隙水，部分地區存在暗河。

2.2 主要施工工藝

（1）軟土覆蓋層的開挖回填及碾壓。由于壩區存在較厚的軟土地基層，在施工過程中，采取有效的清理和開挖回填，再進行碾壓處理，最后對其進行固結灌漿處理。具體的施工措施為：在基坑進行開挖清理過程中，須將雜質廢棄物等進行徹底清理，在遇到松動巖塊時完全清除，直到將表層清理至新鮮面，對于無法清理干凈的特殊部位，對其進行沖擊碾壓，并結合經濟、工期以及壓實效果等綜合因素，確定在此軟土壩基地質環境下的最佳壓實碾壓次數為20次；采用42.5中熱硅膠鹽水泥，人工砂細度模數為2.6-2.7，石粉含量為14.5%-14.6%，<0.08mm顆粒為5.6% ～5.87%，人工碎石表觀密度為2730kg/m3，吸水率為0.4%，水膠比0.45，粉煤灰摻量比為50%的混凝土進行碾壓回填，最佳壓實遍數15次；基坑回填完畢之后，對河床段進行固結灌漿。

（2）固結灌漿。壩區開挖過后，存在溶槽發育的角礫巖，力學性質較弱，對于大壩基巖的安全穩定具有很大影響，因而需要進行灌漿處理，增強其抗滲性能。灌漿主要材料配合比為：水：水泥：粉煤灰=1：0.15：0.85，外加一定量的外加劑，鉆孔間排距為15m，灌漿過程中進行了有針對性的試驗分析，繪制了試驗區域灌漿孔的單孔灌漿曲線，以驗證漿液的流動性是否滿足要求，見圖1。從圖中可以看到，在水固比1：1情況下，漿液的流動性較好，擴散度能夠滿足充填灌漿的質量要求，隨著灌漿流量的驟降，壓力驟然增大，灌漿工作也結束。灌漿阻塞方式采用似法蘭盤法，當空口壓力在規定值1MPa，流量小于10L/min，穩定時間20min以上，該孔注漿施工正式結束。

（3）溶洞的施工處理措施。溶洞對于基礎傳遞應力十分不利，難以滿足基礎的抗滲和穩定性能。在工程施工過程中，若溶槽較為狹窄，則需擴挖至槽低，若溶槽深度過大，則是采用1：0.5的濃漿膏液進行灌注封堵。在壩基溶洞處，經勘探有暗河流經，在施工時利用大直徑鉆孔至溶洞頂部，在灌漿的同時，依次投入直徑為4-6cm的碎石、1-2cm機制砂、河砂，直到溶洞全部填充完畢，遇到較大溶洞時，需進行素混凝土埋管并分兩次封堵，首次封堵需埋管引流，并配置閥門，待首次封堵混凝土達到28d齡期過后，關閉閥門，迅速進行二次封堵，將暗河徹底封堵。

（4）施工質量檢查。壩區工程處理完畢后，對各單元工程進行了試驗檢測和監測，結果顯示，壩基滲壓系數小于設計要求值，防滲效果良好；壩基相對垂直位移1mm，水平相對垂直位移2mm，沒有發生不規則的沉降。

經處理過后的壩基基礎處于穩定狀態，滿足設計標準的要求。

3、結語

復雜地質條件給水利工程的開發建設增加了諸多的設計施工難點，采取有效的施工手段方能使工程達到長期的穩定與安全。本文結合某一軟土溶洞水利工程實例，總結分析了施工過程采取的主要施工技術，為類似工程的施工建設提供工程經驗。

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作者簡介：冉建安，男，（1980.09～），漢族，四川營山縣人，工程師，大學本科，工作方向：主要從事水利工程施工管理工作