劉安宇，楊仕志

(1. 湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430070；2. 湖北省水利水電規(guī)劃勘察設(shè)計院，湖北 武漢 430071)

喻家河水庫大壩位于湖北省恩施市龍鳳壩鎮(zhèn)清水河上。工程大壩為碾壓混凝土重力壩，由河床溢流壩段和兩岸非溢流壩段組成。壩頂高程為543.00 m，壩基建基面高程483.00 m，相應(yīng)的最大壩高為60 m。壩頂寬度5 m，大壩總長270 m，從左至右分10個壩段，其中1～3號壩段在左岸。

1 特殊的工程地質(zhì)條件

水庫工程壩區(qū)位于柏楊坪向斜西支北西翼地層，單斜地層結(jié)構(gòu)。右岸壩段主要為吳家坪組薄層硅質(zhì)巖，巖體較完整，上游段巖體完整性好于下游段巖體。下游段巖體局部裂隙夾泥。河床壩段主要為厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖互層，硬脆碎特征或厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖互層。左岸壩段主要為大隆組泥灰?guī)r夾頁巖，層間結(jié)合較差。結(jié)構(gòu)面較發(fā)育-發(fā)育，不利于壩基穩(wěn)定。綜上河床壩段和右岸壩段采用常規(guī)處理措施即可滿足建基面要求，但左岸工程地質(zhì)條件較差，明顯不滿足工程建基面要求，需要進(jìn)行處理。

工程大壩于2015-04-28日正式開工建設(shè)，逐步揭示大壩河床及左岸銜接部位及左岸岸坡工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，現(xiàn)場重新補(bǔ)充勘探顯示2號壩段及3號壩段斜坡段巖體風(fēng)化破碎現(xiàn)象十分突出，存在下伏緩傾角推覆斷層F，斷層之間有弱夾層，具有“上硬下軟”巖性結(jié)構(gòu)特征，臨坡開挖邊坡強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度較厚。造成原岸坡地層弱風(fēng)化下限劃分較淺，與原勘探不符，開挖建基面不滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計要求。

大壩左岸開挖范圍地層屬推覆斷層F上盤地層，地層巖性由大隆組泥灰?guī)r夾頁巖、大冶組薄層夾中厚層白云質(zhì)灰?guī)r組成，總體傾向左岸偏下游，近斷層影響帶巖層褶皺發(fā)育，臨坡卸荷裂隙及地下水溶慮作用形成強(qiáng)風(fēng)化巖體。開挖邊坡為緩傾角逆向巖質(zhì)邊坡，雖然整體結(jié)構(gòu)屬于穩(wěn)定類型，但由于地層巖性結(jié)構(gòu)差異風(fēng)化特征，在左壩肩開挖過程中，出現(xiàn)臨坡巖體松弛變形、局部滑塌現(xiàn)象，根據(jù)施工期補(bǔ)充勘察，確認(rèn)上部強(qiáng)風(fēng)化巖體及崩塌堆積物。

2 設(shè)計、施工提出的處理措施

根據(jù)大壩基礎(chǔ)開挖揭露的建筑物地基地質(zhì)條件及發(fā)現(xiàn)的工程地質(zhì)問題，設(shè)計中突出解決兩大問題：一是左岸的地基處理問題，主要解決地基的滲漏和地基破碎問題，其措施是采取帷幕灌漿；二是左岸壩體的穩(wěn)定問題，如果按照與右岸相同的壩體斷面，其抗滑穩(wěn)定不能滿足要求，其解決措施是對左岸壩體采取“特殊措施”，即采取上下游拖板、深層固結(jié)灌漿、錨樁等綜合處理措施。對于喻家河水庫大壩左岸這種特殊地基，其灌漿方法還有其特殊性，本文根據(jù)筆者親身的經(jīng)驗和體會，將帷幕灌漿和固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)處理問題作粗淺的敘述。

2.1 前期工作

第一步是先導(dǎo)孔和試驗段工作。根據(jù)先導(dǎo)孔、試驗段和灌漿平洞地質(zhì)資料，左岸灌漿帷幕分三個區(qū)：壩基段(包括1、2、3號壩段斜坡段壩基)、近壩岸坡段(左岸壩頭接灌漿平洞內(nèi)50 m范圍)和遠(yuǎn)壩段(灌漿平洞50～170 m范圍)。

根據(jù)前期勘察及先導(dǎo)孔巖性分布，左岸壩肩基礎(chǔ)中上部灰?guī)r段巖性為泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，構(gòu)成推覆斷層上盤地層，巖體結(jié)構(gòu)破碎，透水性極強(qiáng)。岸坡段順河向卸荷裂隙帶構(gòu)成近壩段上下游的巖溶裂隙滲漏通道，灌漿平洞內(nèi)該段帷幕灌漿試驗段灌漿孔在高程480～500 m區(qū)間溶蝕裂隙細(xì)沙充填，屬于重點截滲區(qū)域。左岸壩肩基礎(chǔ)下部硅質(zhì)巖巖性段構(gòu)成推覆斷層下盤地層，巖體結(jié)構(gòu)較完整，巖性相對不透水，構(gòu)成左岸壩肩基礎(chǔ)及近壩段下部相對隔水層。

為了大壩滲流穩(wěn)定安全，防滲設(shè)計的總體思路是：壩基段和近壩岸坡段帷幕底部進(jìn)入相對隔水層硅質(zhì)巖巖性段，形成封閉帷幕，遠(yuǎn)壩段由于相對隔水層較深，帷幕端點也沒有達(dá)到相對隔水層，擬采取懸掛式帷幕，帷幕底線參考地下水位并通過滲流分析合理確定。

巖體裂隙充填物允許坡降的確定：左岸壩基壩肩為裂隙巖體，屬破碎和較破碎，巖性為中厚層塊狀白云質(zhì)灰?guī)r夾頁巖，頁巖夾薄層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r或灰?guī)r，泥灰?guī)r夾頁巖，互層結(jié)構(gòu)，沿壩肩卸荷裂隙發(fā)育，并有強(qiáng)風(fēng)化帶分布，容易形成滲漏通道。滲透變形主要是裂隙充填物的顆粒位移和掏空，屬機(jī)械管涌。根據(jù)野外和平洞調(diào)查，本工程巖體裂隙充填物為巖屑和粘土，局部裂隙張開，充填較密實。裂隙充填物的滲透坡降參考經(jīng)驗值。根據(jù)資料并結(jié)合本工程巖體特點，裂隙充填物的滲透臨界坡降取值2.3，允許坡降為臨界坡降為1.5。

左岸岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)以F斷層為界分為兩個地質(zhì)單元：F斷層下盤為吳家坪組硅質(zhì)巖夾灰?guī)r，巖體相對較完整，屬相對隔水巖組。F斷層以上(高程489～470 m)受構(gòu)造影響，巖體破碎，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，左岸巖體處在F斷層上盤，地層巖性自上而下為薄層白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾頁巖、薄層硅質(zhì)巖夾灰?guī)r。地層產(chǎn)狀傾向80°～90°傾角18°～20°。層間褶皺發(fā)育，舒緩波狀，巖體破碎，松散，裂隙張開充填泥質(zhì)和巖屑，局部發(fā)育陡傾順河向卸荷裂隙。

2.2 左岸基礎(chǔ)帷幕設(shè)計

1、2、3號壩段和左岸灌漿洞進(jìn)口50 m范圍內(nèi)帷幕灌漿為3排，排距0.75 m，間距2.0 m；左岸灌漿洞內(nèi)其他帷幕灌漿為2排，帷幕灌漿孔距2.00 m，孔深根據(jù)先導(dǎo)孔成果確定，按深入相對不透水層(q≤5 Lu)以下5.00 m控制?；诠探Y(jié)灌漿施工中耗灰量巨大，為查明左岸帷幕灌漿底線以及為大面積帷幕灌漿提供經(jīng)驗，現(xiàn)場進(jìn)行了帷幕灌漿試驗，并以此成果調(diào)整帷幕底線。帷幕灌漿施工順序為：下游排、上游排、中間排。

2.2.1 左岸帷幕灌漿試驗

喻家河水庫左岸壩肩及壩頂灌漿平洞巖體屬于極強(qiáng)透水巖體，前期壩肩固結(jié)灌漿出現(xiàn)吸漿量過大，注漿孔持續(xù)不起壓不回漿現(xiàn)象。為保證有效防滲，在左岸帷幕灌漿施工前進(jìn)行專項帷幕灌漿先導(dǎo)孔及帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗研究[1]。帷幕灌漿先導(dǎo)孔選取設(shè)計左岸帷幕線17個Ⅰ序孔進(jìn)行，試驗段選取灌漿平洞內(nèi)41.5～49.5 m的8 m段長進(jìn)行三序孔生產(chǎn)性灌漿試驗，施工順序為：下游排、上游排、中間排。圖1為左岸試驗段帷幕灌漿孔及檢查孔孔位布置圖。

圖1 左岸試驗段帷幕灌漿孔及檢查孔位布置圖

帷幕灌漿試驗段檢查孔有5段小于5 Lu，其余均在5～10 Lu之間，雖然試驗段透水率不滿足規(guī)范和設(shè)計要求，但從總體來看，能將大部分孔段透水率大于100 Lu的試驗段灌到小于10 Lu，說明試驗段總體達(dá)到了試驗?zāi)康?工藝可用于指導(dǎo)左岸大面積帷幕灌漿施工，對于局部檢查孔透水率大于5 Lu部位采用補(bǔ)灌的方式使其達(dá)到規(guī)范和設(shè)計要求。根據(jù)帷幕灌漿先導(dǎo)孔成果，設(shè)計部分加深了壩肩至洞內(nèi)50 m的三排帷幕灌漿底線。其他洞內(nèi)帷幕灌漿按照懸掛帷幕的要求，經(jīng)滲流穩(wěn)定計算滿足要求后適當(dāng)提高了帷幕底線，未完全深入相對不透水層。

2.2.2 左岸帷幕灌漿后滲流穩(wěn)定計算

左岸帷幕灌漿形成后的滲流穩(wěn)定計算工況：上游水位取校核洪水位，下游取最低水位。

經(jīng)過計算分析表明，左岸滲流穩(wěn)定滿足地質(zhì)專業(yè)提出的允許坡降1.5的要求，其中灌漿洞內(nèi)由于上下游山體雄厚，故滲流坡降很小。1號壩段由于壩底面較窄，滲透坡降最大，達(dá)到了1.29，2號壩段次之，但也達(dá)到了0.70。設(shè)計也計劃在左岸增加滲流觀測設(shè)施等[2]。確保大壩滲流穩(wěn)定。

3 帷幕灌漿施工

由于該施工部位地質(zhì)條件特殊，在此前相同地質(zhì)條件下各灌漿孔段注入量均超大，對該部位灌漿主要采用先回填或充填灌漿，再進(jìn)行壓力固結(jié)灌漿，最后按相應(yīng)壓力灌漿達(dá)到防滲效果。根據(jù)之前灌漿情況總結(jié)分析，該灌漿部位均采用少灌多復(fù)，結(jié)合濃漿間歇，灌入一定數(shù)量后停灌待凝，并根據(jù)累計注入量情況摻入砂漿或添加速凝劑等灌注方式。

具體操作如下：①對于鉆孔無回水孔段，上下首次送漿采用1∶1純水泥漿按1.6 t/m灌注，若注入量無變化，則摻入砂漿灌注，砂漿應(yīng)充分?jǐn)嚢瑁ＷC其和易性。砂漿累計注入量亦按1.6 t/m控制，若注入量仍無明顯變化，則添加速凝劑灌注，直至灌滿孔段頂部以上漿液不下降為止。②中間排用純水泥漿灌注，采用少灌多復(fù)的原則，開灌水灰比按規(guī)范和設(shè)計要求控制，累計注入量達(dá)2.0 t時，則停灌待凝24 h以上再掃孔復(fù)灌。直到滿足設(shè)計灌漿壓力和灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)方可進(jìn)行下一段鉆灌施工。③灌注水泥砂漿時，水泥砂漿的重量比為水∶水泥∶砂=0.1∶1∶0.5，砂的用量可以根據(jù)試驗注入效果適當(dāng)調(diào)整。④采用速凝劑(水玻璃)灌注時，水泥與水玻璃的重量比為水泥∶水玻璃=100∶(5～10)，初凝時間為50～60 s，水玻璃的用量根據(jù)現(xiàn)場試驗調(diào)整確定[3]。

灌漿壓力根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求如下：

1)帷幕灌漿試驗孔及先導(dǎo)孔灌漿壓力從0.6～1.0 MPa逐漸達(dá)到2.0 MPa，在施工中控制接觸段及其第二段的灌漿壓力，并進(jìn)行嚴(yán)格的抬動觀測孔安設(shè)和觀測，必要時灌漿壓力可作適當(dāng)調(diào)整。

2)灌漿應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計壓力，但對于注入率較大或易于抬動的部位應(yīng)分級升壓。

3)壓力表必須安裝保護(hù)裝置，保證讀數(shù)正確。壓力值宜讀取壓力表指針擺動的中值。對于無回漿無壓力孔段，先采用濃漿灌注，待有回漿時則采用分級升壓法灌注，最后采用設(shè)計壓力灌注至結(jié)束[4]。

4 左岸基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計與施工

1)固結(jié)灌漿設(shè)計。2號和3號壩段505.00 m以下固結(jié)灌漿、間排距3.0 m；平均每孔鉆混凝土約11 m，鉆基巖約15 m，均按照孔口封閉法，自上而下灌漿工藝灌漿。

1號和2號壩段505.00 m以上固結(jié)灌漿底部高程由476.0 m逐步上抬至534.4 m，入巖深度28.02 m逐步遞減到8.0 m。間排距3.0 m。

2)固結(jié)灌漿施工。左岸1、2、3號壩段固結(jié)灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)部分孔無法起壓，對于此類孔，采取了濃漿、待凝、掃孔復(fù)灌等措施，需要消耗更多水泥用量。

3)固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查。在左岸壩段的壩體上下游底部作了拖板延長與地基的接觸面積并進(jìn)行深層固結(jié)灌漿。鉆灌過程采用自上而下分段造孔灌漿。該區(qū)域固結(jié)灌漿后后續(xù)檢查孔回水明顯從孔口翻出，鉆孔中水位穩(wěn)定，具備聲波測試及壓水試驗條件。隨后對其進(jìn)行了6個孔的聲波測試及壓水試驗。

結(jié)合聲波測試成果，根據(jù)《水利水電工程勘察規(guī)范》(GB50487-2008)，固結(jié)灌漿后壩基巖體的完整性略有提高，由破碎級提高至較破碎級。1、2號壩基的固結(jié)灌漿檢查孔S9～S12的完整性明顯提高，由較破碎級提高至較完整級。

根據(jù)固結(jié)灌漿檢查孔試驗要求進(jìn)行了分段阻塞，分段壓水試驗結(jié)果表明，經(jīng)過固結(jié)灌漿壩基巖體抗?jié)B提高明顯，從漏水到不透水，檢查孔壓水試驗滿足要求小于10 Lu占比75%，還有15%由于止水部位障礙做簡易全孔壓水試驗，換算值也小于10 Lu；可以視作90%的壓水試驗指標(biāo)滿足固結(jié)灌漿檢查孔的設(shè)計要求[5]。

5 灌漿效果

根據(jù)左岸地層帷幕灌漿先導(dǎo)孔和灌漿試驗揭露的水文工程地質(zhì)條件，左岸壩基及近壩庫岸下伏硅質(zhì)巖作為相對隔水層調(diào)整左岸帷幕灌漿底線。根據(jù)灌漿試驗確定以待凝復(fù)灌循環(huán)水泥灌漿工藝為主。壩肩50 m以外，根據(jù)地下水位觀測孔復(fù)核的地下水位及滲流穩(wěn)定計算確定采用懸掛帷幕。既能保證工程安全，也減少了不必要的工程投資。經(jīng)現(xiàn)場施工后質(zhì)量檢查和蓄水驗證，證明固結(jié)灌漿、帷幕灌漿工藝選擇合適，灌漿質(zhì)量可靠。后期還要加強(qiáng)滲流觀測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。