張 程

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012）

1 概況

1.1 工程基本情況

清華洞水庫位于云南省文山州富寧縣，地處洪門河上游的清華洞，平均高程約860 m，屬南亞季風(fēng)氣候，雨量充沛，溫暖濕潤。清華洞水庫集灌溉、防洪及發(fā)電于一體，設(shè)計正常蓄水庫容8700×104m3，總庫容9934×104m3，防洪保護人口3 萬余人，灌溉農(nóng)田1600 hm2，配套電站裝機2×4000 kW。水庫屬中型水利工程，由天然巖溶盲谷封堵成庫，永久性建筑物三級，次要建筑物四級。樞紐區(qū)為低中山地，地貌復(fù)雜，呈現(xiàn)多種巖溶地貌形態(tài)，溶洞、溶溝、溶槽、暗河、落水洞等巖溶現(xiàn)象較為發(fā)育，隨處可見，為典型的喀斯特巖溶地貌。清華洞暗河進口處溝谷深切，山崖陡峻，地形高差較大，兩壁近于垂直，相對高差大于200 m，河谷多呈“V”形。樞紐區(qū)地面植被中等，水土流失不嚴(yán)重，新老沖溝不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)較大的崩塌和滑坡。

1.2 帷幕區(qū)地質(zhì)特征

下層廊道帷幕區(qū)（樁號0＋98.4—0+245.6）主要坐落于斷層溶塌體上，開挖揭露地層為C1d1薄～中厚層硅質(zhì)灰?guī)r和極薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r互層，溶塌體主要由塊石和黏土組成，塊石最大直徑大于2.0 m，并見有磨圓度較高的河相沉積物和砂卵石，結(jié)構(gòu)極為松散，富含孔隙裂隙水，具有很強的導(dǎo)水性。開挖過程中常見小的坍塌和掉塊，帷幕灌漿試驗孔揭露斷層溶塌體發(fā)育底界約在773 m 高程附近，其走向為NE 向，其下巖體在地下水的作用和其他因素的影響下，巖溶較為發(fā)育。廊道和鉆孔還揭露出斷層溶塌體具有水平溶洞和垂直溶洞，其中以3＃溶洞規(guī)模最大。3＃溶洞位于樁號0＋161.3，空腔體積約為260 m3。該溶洞橫穿廊道底板，走向約310°，向上游方向尖滅，向下游方向由小變大，進口處寬0.8 m、高1.0 m，向內(nèi)變高變寬，最大寬度大于3.5 m，最大高度大于15.0 m，并可見分支小溶洞，富含孔隙裂隙水，滴水現(xiàn)象嚴(yán)重，積水經(jīng)分支的小型溶洞或巖溶通道流走。溶洞底部充填有巖溶泥和碎塊石，洞壁膠結(jié)有具磨圓度的砂卵石，溶洞可進深度約16.0 m。

上層廊道樁號0+157—0+232.6 段位于斷層溶塌體上，其中樁號0＋157—0+190 為露天開闊段，表層被人工堆積塊石土和第四系全風(fēng)化殘坡積碎石土層覆蓋，覆蓋厚度9.0～19.6 m，最大深度據(jù)2118 孔（樁號0＋185）揭露達(dá)19.6 m。此覆蓋層表層為塊石土，塊石直徑一般0.1～1.0 m，最大直徑可大于2.0 m，密實度相對較差，往下為殘坡積碎石土層，密實度相對較好。此地段主要揭露巖層為C1d1薄～中厚層硅質(zhì)灰?guī)r加燧石條帶和極薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r互層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層較為破碎，巖溶充填物分布較廣。從鉆進情況看，下游排各地段均出現(xiàn)不返水情況，說明巖溶通道極為發(fā)育，較下層廊道更甚，其中樁號0＋157—0＋170位于3＃溶洞。

1.3 帷幕灌漿必要性分析

依據(jù)初步灌漿橫向分布特征，吃漿量大的部位主要集中在3＃溶洞附近和1101 孔（樁號0＋242.8）附近，說明這2個地段巖層相對較為破碎，泥質(zhì)層和砂卵石層分布較多；而從縱向分布上看，總體上來說，從上而下，巖石逐漸完整，泥化夾層逐漸減少，巖溶通道和巖溶現(xiàn)象逐漸消減，720 m 以上不同高程段均分布有吃漿量大的孔段，而大吃漿量的孔段大多與泥質(zhì)夾層和砂卵石層相關(guān)。這些軟弱夾層做小壓力的灌前簡易壓水試驗時透水率通常不大，但在大的灌漿壓力下易受擠壓劈裂，從而造成吃漿量增大。由表1 可知，吃漿量大的部位主要集中在孔深10.0～30.0 m，而720 m 高程以下仍然存在單注大于1000 kg/m 的孔段，說明720 m 高程以下仍然存在潛在的滲漏通道。

表1 下層廊道單注＞1000 kg/m、透水率＞50 Lu分地段分深度統(tǒng)計單注：kg/m；透水率：Lu

鉆進過程中出現(xiàn)不返水，說明存在小型溶洞，另外，720 m 高程以上不同高程段均出現(xiàn)返水呈黃色、灰紅色、灰黑色的泥質(zhì)層和砂卵石層，鉆孔取芯表明節(jié)理裂隙均較發(fā)育，720 m 高程以上裂隙多數(shù)無充填或半充填，充填物多為泥鈣質(zhì)，720 m 高程以下大多數(shù)裂隙被方解石脈完全充填。由于庫區(qū)巖溶現(xiàn)象較為發(fā)育，庫區(qū)滲漏較為嚴(yán)重，且不滿足水利水電工程對帷幕防滲的要求，因此對庫區(qū)進行帷幕灌漿處理是十分必要的。工程勘測設(shè)計單位在第一期帷幕灌漿的基礎(chǔ)上，結(jié)合有關(guān)的規(guī)范、咨詢會議文件，通過在下層廊道溶塌體段進行灌漿試驗，證明了灌漿處理庫區(qū)滲漏的可行性，得出了較為合理的灌漿施工參數(shù)，并根據(jù)灌漿試驗報告提交了上下層廊道及堵洞體段帷幕灌漿設(shè)計。

針對巖溶區(qū)壩基滲透穩(wěn)定問題，通過查閱水利和水電工程有關(guān)文獻的巖溶滲漏案例發(fā)現(xiàn)[1-3]，在喀斯特地貌區(qū)，地表水會通過地下的可溶巖溶洞不斷下滲，一方面造成地表水的緩慢枯竭，另一方面由于地表水長期下滲，地下溶洞將持續(xù)擴大[4]。解決好地質(zhì)滲透問題，保障水庫具有正常的調(diào)蓄能力，確保水庫不再滲漏是水庫建設(shè)的重中之重[5]。水庫壩基巖溶滲漏處置與控制不當(dāng)，造成蓄水后再進行補灌，在設(shè)計施工技術(shù)問題難度大的同時還增加了巨大工程投資成本[6]。已有研究實例表明，帷幕灌漿工程完工后，不僅可有效提高水庫的防洪和灌溉能力，消除水庫安全隱患，改善水庫的管理條件，還將進一步保障水庫應(yīng)有綜合效益的發(fā)揮[7，8]。因此，在蓄水前進行科學(xué)合理的帷幕灌漿防滲處理，意義十分重大。

2 灌漿布置及防滲標(biāo)準(zhǔn)

2.1 平面布置

該水庫沿下游排帷幕線向南端延伸至樁號0＋139.2，共計10 孔，孔距2.8 m，用于處理3＃溶洞的影響帶。樁號0＋98.4—0+139.2為單排孔，布置于廊道軸線上并在樁號0＋131.1 處漸變至下游排帷幕，此單排孔與原灌漿帷幕相連，如此便形成了下層廊道連續(xù)帷幕，樁號0＋98.4—0+106.8孔距為2.8 m、共計4孔，樁號0＋106.8—139.2孔距為2.7 m、共計11孔。

2.2 帷幕深度

根據(jù)廊道帷幕灌漿孔平面、剖面圖布置，設(shè)計帷幕灌漿底界高程為720 m。實際施工過程中，鉆孔深度主要根據(jù)下列原則確定：①孔深＝孔口高程-灌漿底界；②灌漿孔達(dá)到設(shè)計孔深，且同時具備以下2 個條件方可終孔：鉆孔底部連續(xù)兩段灌前的透水率＜5 Lu；鉆孔底部連續(xù)兩段吸灰率＜100 kg/m。下游排帷幕鉆孔孔深一般為80 m，最大孔深為91 m。根據(jù)下游排鉆孔的灌前壓水透水率的大小和灌注情況，經(jīng)設(shè)計方綜合考慮并優(yōu)化，把上游排Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿底界提高至740 m 高程，每孔深度優(yōu)化20 m，優(yōu)化出的工程量用于處理3＃溶洞破碎帶，Ⅰ序孔保持設(shè)計深度不變，鉆至灌漿底界720 m 高程。樁號0＋098.4—0+106.8鉆孔深度統(tǒng)一為65.5 m，灌漿底界高程為735.0 m。

2.3 防滲標(biāo)準(zhǔn)

因鈦輝輝長輝綠巖隔水層深埋或遠(yuǎn)離堵洞體，根據(jù)樞紐區(qū)巖溶發(fā)育特點和揭露的地質(zhì)條件，采用懸掛式半封閉帷幕進行灌漿防滲處理。帷幕設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率≤5.0 Lu。

3 灌漿效果分析

3.1 灌漿質(zhì)量檢查

嚴(yán)格按照規(guī)范和施工技術(shù)要求施工，并對重點地段加強處理，施工中，如遇特殊情況，配合參加各方現(xiàn)場協(xié)商，相應(yīng)采取合適處理方案，保證灌漿質(zhì)量。上層廊道施工過程中，覆蓋層段Ⅲ序孔鉆進過程中，發(fā)現(xiàn)大量的脈狀、樹枝狀、柱狀水泥結(jié)石切割充填，與土層膠結(jié)緊密，共成一體，基巖Ⅱ、Ⅲ序孔段發(fā)現(xiàn)大量的水泥漿或水泥砂漿結(jié)石呈脈狀、柱狀充填，脈厚0.2～5 cm，反映出隨著排孔序的加密，漿脈逐漸加厚，裂隙逐漸充填密實，灌漿效果顯著、良好。施工中，嚴(yán)格實行單孔單段驗收制度。各施工流程由甲方代表、監(jiān)理全程監(jiān)督并簽字認(rèn)可，前一道工序合格后方能進入下一道工序施工。每一灌漿孔結(jié)束后，及時做好灌漿資料的整理工作，并作資料分析，以指導(dǎo)下一步施工，確保灌漿質(zhì)量。每一單元灌漿結(jié)束后，及時填寫單元工程質(zhì)量驗收單，并按單元工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，分析評價單元工程質(zhì)量，報甲方質(zhì)檢、監(jiān)理審議簽字認(rèn)可。灌漿結(jié)束14 d后，通過鉆設(shè)檢查孔，采取巖芯，編錄和照相，進行壓、注水試驗，根據(jù)透水率的大小和巖芯中漿液結(jié)石的充填情況等指標(biāo)，綜合全面評價灌漿質(zhì)量。

3.2 效果分析

通過對各排孔、各序孔原始資料進行統(tǒng)計分析，根據(jù)是否符合灌漿規(guī)律來分析評價灌漿質(zhì)量。遵循“沒有比較就沒有鑒別”的原則，雙排孔先鉆灌下游排，后鉆灌上游排；每排孔先鉆灌Ⅰ序孔，后鉆灌Ⅱ序孔，再鉆灌Ⅲ序孔逐漸加密施工。根據(jù)透水率與單位注入量是否存在隨排孔序的增加而有規(guī)律性地隨之遞減的特點來評價灌漿效果。

3.2.1 檢查孔布置與施工

檢查孔的孔數(shù)為灌漿總孔數(shù)的10%，具體布置由參加各方根據(jù)帷幕灌漿孔的實際施工情況并結(jié)合以下因素研究決定：帷幕中心線上；巖石破碎、斷層、大孔隙等地質(zhì)條件復(fù)雜的部位；注入量大的孔段附近；鉆孔偏斜過大，灌漿情況不正常以及經(jīng)分析資料認(rèn)為對帷幕灌漿質(zhì)量有影響的部位。共計布置灌漿孔15 孔，其中下層廊道（樁號0＋98.4—0+245.6）7孔、上層廊道（樁號0＋157—0+232.6）5 孔、堵洞體段3孔。每一單元至少布置1個檢查孔，全面反映灌漿質(zhì)量。

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL62-2014）規(guī)范的要求，上層廊道覆蓋層段檢查采用注水試驗，注水水頭與孔口持平；基巖段采用單點法壓水試驗，最大孔口壓水壓力1.0 MPa，每5 min計讀1 次流量，當(dāng)流量滿足以下二者之一（①連續(xù)4次讀數(shù)最大值與最小值之差小于最終值的10%；②連續(xù)4 次讀數(shù)最大值與最小值之差小于1.0 L/min）時，可結(jié)束試驗并記錄數(shù)值。

3.2.2 觀察巖芯漿液充填情況

檢查孔全部采取巖芯，并鉆箱編錄和拍照。下層廊道由于受裂隙的發(fā)育情況、方位展布、鉆進工藝等因素的影響，水泥漿液沿上下游的方向擴散，細(xì)小的水泥結(jié)石受到鉆進研磨破壞，故下層廊道檢查孔內(nèi)只可見到少量的水泥漿液結(jié)石。而上層廊道巖溶現(xiàn)象較下層廊道發(fā)育，故上層廊道檢查孔可大量見到水泥或水泥砂漿結(jié)石，或以團塊狀、柱狀、樹枝狀充填膠結(jié)，或依附裂隙面，或以脈狀穿插于黏土或巖石裂隙之中。

3.2.3 檢查孔壓水試驗成果分析

檢查孔壓水試驗，是目前檢驗灌漿效果和評價帷幕防滲質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)最主要的方法。通過15 個檢查孔、237 段壓水試驗成果對比發(fā)現(xiàn)，透水率最大值3.7 Lu、最小值0.0074 Lu、平均值0.435 Lu。其中，透水率＜1.0 Lu 的有213 段，占總段數(shù)的89.9%；1～3 Lu 的有22 段，占總段數(shù)的9.3%；3.0～5.0 Lu 的有2段，僅占總段數(shù)的0.8%。也就是說，透水率＜3.0 Lu的段數(shù)占總段數(shù)的99.2%，剩余的0.8%也在設(shè)計規(guī)定的帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。從檢查孔壓水試驗成果分析看，灌漿效果是優(yōu)良的。

3.2.4 具體灌漿效果分析

在孔排距、灌漿材料及灌漿壓力選擇合理的情況下，參與施工的人員具備一定技術(shù)素質(zhì)和施工經(jīng)驗，施工過程中全面貫徹質(zhì)量意識，使施工質(zhì)量得到保證，灌漿效果是理想的。下文以上層廊道斷層溶塌體段為例，依據(jù)各序孔灌前壓水資料和灌漿資料，對灌漿效果進行分析。上層廊道斷層溶塌體段各排孔各序孔透水率和單位注入量，詳見表2。

表2 上層廊道斷層溶塌體段各排孔各序孔透水率和單位注入量對比

（1）下游排。Ⅱ序孔比Ⅰ序孔透水率增加6.3%，單位注入量減少39.9%。Ⅲ序孔比Ⅱ序孔透水率減少76.9%，單位注入量減少52.4%。Ⅲ序孔比Ⅰ序孔透水率減少75.4%，單位注入量減少71.4%。

（2）上游排。Ⅱ序孔比Ⅰ序孔透水率減少53.2%，單位注入量減少31.6%。Ⅲ序孔比Ⅱ序孔透水率微弱增加2.3%，單位注入量減少24.1%。Ⅲ序孔比Ⅰ序孔透水率減少52.1%，單位注入量減少48.1%。

從以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可得出，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔單位注入量呈現(xiàn)有規(guī)律的遞減，且Ⅲ序孔遞減明顯，這說明灌漿質(zhì)量良好，而透水率有增加的現(xiàn)象主要是跟巖溶發(fā)育不均和軟弱夾層的性質(zhì)差異有關(guān)。

4 結(jié)語

針對云南省富寧縣清華洞水庫壩址巖溶滲漏的問題，進行帷幕防滲灌漿處理研究。通過帷幕、檢查孔布置及施工，對灌漿后效果質(zhì)量進行分析，采用透水率與單位注入量的變化規(guī)律來對帷幕灌漿效果進行評價發(fā)現(xiàn)，灌漿效果良好，可滿足帷幕防滲的要求。