貴州喀斯特地質條件下某水庫帷幕灌漿設計研究

楊利 王錦 中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司

1.工程概況

工程位于貴州省黔西南州，工程任務是以城鄉供水為主，結合灌溉，兼顧發電等綜合利用。水庫庫容約1.3×108m3工程為II等大（2）型工程，攔河大壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高90m，泄洪系統采取壩身泄洪，設置有2個溢流表孔+1個泄流兼沖沙底孔。

壩址區地質巖性三疊系中統關嶺組第三段薄至厚層灰巖，兩壩線處于可溶巖發育區，上游兩岸發育有1#、2#、4#等巖溶管道，左岸地下水位較低，右岸存在地下水低槽帶，存在繞壩及壩基滲漏問題。

2.防滲初步研究與設計

本工程壩線處于可溶巖發育區，上游兩岸發育有1#、2#、4#等巖溶管道，左岸地下水位較低，右岸存在地下水低槽帶，存在繞壩及壩基滲漏問題，址區巖體主要為薄層至厚層灰巖夾少量泥頁巖，易產生溶蝕現象，壩址無斷層通過，壩基不存在管道性滲漏。

在壩址上游分布T2g2白云巖與泥頁巖互層的相對隔水巖組，厚l00m，其中泥頁巖厚度占55%，且無斷層或大的裂隙切割，屬良好的防滲隔水層，可充分利用T2g2層作大壩防滲依托。同時，河谷屬于地下水補給型，地下水位有向兩岸逐漸抬高的趨勢。并且，為了截斷左右岸巖溶滲漏通道，防止發生壩基滲漏和兩岸繞壩滲漏，初步擬定防滲帷幕線采用折線方案，布置如下：

（1）左岸：沿N88°E方向向山內延伸30m，然后折向N25°E向上游截斷5#、1#巖溶管道，帷幕端點接T2g2泥頁巖隔水層。

（2）右岸：沿N80°W方向接右壩肩山頂，然后折向N42°W向上游截斷2#、4#巖溶管道至上游泥灶沖溝埡口，進入T2g2后向N4°E方向折轉，進入一定距離。

根據《混凝土拱壩設計規范》（SL 282-2018）規定，本電站大壩位于巖溶地區，根據大壩壩高擬定防滲標準為q＝3～5Lu。大壩左、右岸近壩區100m范圍內防滲標準為q＝3Lu，其余部位按5Lu控制。河床段防滲帷幕設置深度暫按0.5倍壩高考慮，遇巖溶管道時須采取特殊防滲措施。

孔距、排距取決于漿液的有效擴散半徑，由于巖體的不均一性，很難以理論公式計算其擴散半徑。故孔、排距初步確定壩基及兩壩肩部位為雙排孔，孔距2.5m，排距1.0m；兩岸山體視地質情況分別為雙排孔與單排孔，雙排孔孔距2.5m，排距1.0m；單排孔孔距2m，孔距、排距及河床段防滲帷幕深度合理性后期可根據現場帷幕灌漿試驗進一步復核。

3.施工階段灌漿試驗

在施工圖階段，為進一步驗證帷幕灌漿底線的合理性，灌漿方法在技術上的可行性與施工效果的可靠性，設置有帷幕灌漿現場試驗區。

3.1 試驗目的

（1）檢驗“孔口封閉灌漿法”在本工程的應用；

（2）進行不同孔距、排距灌漿孔的鉆孔和帷幕灌漿施工，結合后期質量檢測，確定適合本工程的灌漿孔距、排距，并根據本工程巖石的可灌性、漿液注入率等，確定合適的漿液水灰比；

（3）獲取高壓灌漿時混凝土與基巖接觸面、底層、夾層抬動變形量，以確定最大灌漿壓力；

（4）進行灌漿前物探鉆孔、取芯、孔內錄像、壓水試驗，和灌漿前、后物探聲波CT測試。灌漿前物探鉆孔、取芯、孔內錄像、壓水試驗按地勘標準進行，以查明巖石性狀，通過灌漿前后物探CT測試對比，結合帷幕檢查壓水試驗，評估灌漿效果；

（5）根據工程區地質條件，試驗區不同巖層的透水率、可灌性、漿液注入量等，檢驗擬定的帷幕底線的合理性。

3.2 灌漿試驗區布置

擬定的防滲帷幕試驗區位于大壩右岸近壩區范圍內。結合地質分析和現場實際施工條件，試驗區長度為15m。

3.3 灌漿材料與工藝

帷幕灌漿試驗采用“孔口封閉灌漿法”，灌漿材料采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，灌漿試驗的鉆孔順序為：物探測試孔→抬動監測孔→灌漿孔→檢查孔，灌漿壓力暫按表1控制。

3.4 試驗成果

為確保帷幕灌漿試驗有效，并能滿足工程要求，需對帷幕灌漿試驗成果進行評價，主要采取結合現場壓水試驗結果，灌后物探測試結果、現場的灌漿資料等方法對防滲帷幕灌漿試驗效果進行綜合性地分析。

檢查孔壓水檢查方法如下：

（1）檢查孔采用自上而下分段卡塞，每一段檢查孔長度需保持與相鄰灌漿孔段長一致；

（2）檢查孔的壓水試驗采用三級壓力、五個階段的“五點法”進行。

（3）“五點法”壓水試驗壓力中的三級壓力分別取“單點法”壓水試驗壓力的30%、60%和100%。

檢查孔壓水試驗成果區間段數頻率統計表見表2。

由表2可以看出：第三級壓力下，檢查孔布置的總數為4個，壓水布置總段數56段；根據設計防滲保準的要求，需滿足滲透率q≤3.0Lu的標準，由上表可得出，共有54段滿足要求，帷幕試驗的合格率為96.4%，不滿足標準要求的共有2段。

4.試驗總結

本工程特有的貴州灰巖地質條件下對本工程進行了防滲帷幕設計，結合現場帷幕灌漿試驗驗證本工程的防滲帷幕設計的合理性，其中：

（1）灌漿材料：基本本工程巖溶地質條件，P.O.42.5普通硅酸鹽水泥作為帷幕灌漿材料能滿足灌漿設計要求。

表1 帷幕灌漿試驗灌漿壓力控制表

表2 檢查孔壓水試驗成果區間段數頻率統計表

（2）孔排距：結合不同間排距的灌漿試驗結果，建議實施過程中大壩壩基及壩區100m范圍以外采用單排孔布置，孔距2.0m；

（3）灌漿方法和施工工藝：

對于第1段的灌漿方法采用純壓式灌漿，并在孔口埋設2m長的φ91mm孔口管；對于第2段采用“孔口封閉、自上而下分段、孔內循環”的綜合式灌漿方法進行現場實際施工是合理的；

（4）灌漿壓力：根據灌漿試驗過程的壓力第一段0.5MPa，第二段1.0MPa，第三段2.0MPa，第四段及以下各段3.0MPa是合理的；

5.結束語

通過本工程的防滲帷幕設計研究的成功案例，對貴州同等灰巖地質條件下類似壩高的水電水利工程防滲帷幕設計可起到一定的借鑒作用，其中：（1）帷幕軸線的布置可接至兩端頭相對隔水層，軸線可截斷左右岸巖溶滲漏通道；（2）壩基防滲帷幕深度初步可擬定為大壩壩高的0.5倍；（3）兩岸山體視地質情況可分別設雙排孔與單排孔，雙排孔孔距2.5m，排距1.0m，單排孔孔距2～2.5m；（4）灌漿壓力可采用分段式，第一段0.5MPa，第二段1.0MPa，第三段2.0MPa，第四段及以下各段3.0MPa。