水库岩溶防渗堵漏技术研究与实践

2011-02-14黎志键

中国水利 2011年22期

黎志键，劳武，卢达

(1.广西水利电力职业技术学院,530023，南宁；2.广西科莱水电工程技术有限公司,530000，南宁)

为解决水库岩溶渗漏问题，广西结合上林县大龙洞水库、靖西县大龙潭水库的工程实例，进行了深入的研究，总结出针对水库岩溶发生严重渗漏时采取水泥帷幕灌浆的一整套技术和工艺流程，较好地解决了水库岩溶渗漏问题。

一、岩溶渗漏情况及渗漏原因分析

上林县大龙洞水库是一座利用天然岩溶洼地、采用堵塞几个落水洞和一些岩溶裂隙等工程措施而形成的大型水库。溢洪道是利用天然溶洞作为排洪通道，在溶洞洞口前修建一座浆砌石溢流坝，将洪水泄入洞中，通过暗河排入下游。溢洪道旁几百米长的坝首（库岸）山体十分单薄，有3条断层贯穿山体连通库内和山体后面巨大的大龙洞洞穴，尤其是断层上下盘岩溶发育更为突出，溶洞、裂隙较为发育，溶洞密集，大而且多，形成了一些空溶洞、砂卵石、黏土、石灰化、贝壳半充填溶洞和全充填溶洞，以及天然溶洞的崩塌体、溢洪道坝体及其接触面等形成了严重的渗漏通道。这是导致大龙洞水库渗漏的主要地段。

靖西县大龙潭水库库区和坝基有多处漏水，在坝基周围有9条地质断层和6组节理裂隙，纵横交错，呈网格状切割岩层。岩溶发育强烈，形成了一些厅堂式巨型岩溶管道。在库区内有6个明显的落水洞，洞径为2.5～15 m不等，坝后有多处漏水点，其中右坝肩后的5号漏水点在库水位接近正常水位时流量高达6.5 m3/s，由于水流冲刷，在坝后右岸形成一条河沟及一个大约100 m2的深潭。大龙潭水库地质条件恶劣，年漏水量达1.3亿m3。

二、水库防渗堵漏灌浆技术方案

水库岩溶防渗堵漏灌浆有两个特点：一是空隙大，不仅库区有很大的空隙，而且坝基不良的岩性和构造也有很大的空隙，成为集中漏水通道;二是为了保证农田灌溉和发电用水，灌浆是在水库蓄水的情况下进行的，水压高，流速大，浆液很容易被水流冲走。根据上述特点，防渗堵漏灌浆的任务，就是要在库区、坝基渗漏处及附近形成一道较薄的又能有效隔水的帷幕。为了完成这个任务，既要做到浆液在钻孔附近固结，不被冲得很远，又要充填密实，有效防渗。

为此,水库防渗堵漏创造性地采用了“反堵减压、掺料冲填、浓浆成幕、高压补强”的灌浆工艺流程，根据不同岩溶发育、漏水以及所处的地理位置条件等情况,有效堵塞厅堂式、管道式溶洞渗漏。

1.引滤反堵灌浆法

大龙洞水库第三渗漏段是一个厅堂式管道状溶洞。该处漏水量为1.87 m3/s，洞内漏水流速按水平距离计算为6.4 m/min，出水点位于2号深潭，水深4～5 m，漏水呈波浪状翻滚，面积较大。为了节省费用，既要有效控制出水点，又能彻底控制溶洞的漏水,采用引滤反堵灌浆法。具体做法是将下游出水点用块石围住成半圆圈（一边靠石灰岩岩壁），超出水面，并用编成排的稻草沿着半圆圈贴边搭接铺拦，将多方向分散的漏水堵引到一起，在半圆圈内投放块石、碎石，上铺一层一层编织好的稻草与砂互层，作为反滤层，再在上面铺碎石，用块石压住。反滤层做好后，堵住深潭漏水缺口，抬高下游水位，减少上下游水位差，然后采取多泵制浆、集中灌注的方法，对下游排帷幕几个有溶洞连通的钻孔用2∶1水泥浆冲灌入大量碎石、砂、石粉和粉煤灰，这些被冲灌进去的材料在水压、浆压下流到出口处，遇到反滤层无法逸出，从而向上游逐渐堵塞漏水通道，产生反堵作用。同时为了预防碎石、砂与水泥分离，又将配制好的稳定性高、流动性较好的浆液灌入，并多次高压复灌，严重漏水通道就被堵住了。

2.平压过滤反堵灌浆法

溶洞漏水通过崩塌体表面松散体后，在溶洞中成为明流，崩塌体体积大，而且经过水库多年运行淘空，漏水严重。漏水点做引流封堵，则要花费大量的人力、物力和财力，同时，要把36 m厚的崩塌体清基搞引流也不现实。因此采用了平压过滤反堵灌浆法，做法是用编织好的稻草与砂互层压在出水点上，上面堆压碎石，再压块石作过滤层，取得同样堵漏效果。

3.通道追源灌浆法

对于断层带及伴生岩溶发育的溶洞，是工程漏水最严重也是最难处理的地段。为了堵塞这些通道，创造了通道追源灌浆法。做法是在下游出水处清基，砌一道高1～6 m、厚2 m的浆砌石挡浆防渗墙，将分散漏水集中到漏水主河槽内，然后安装导流管和通道追源灌浆管，再充填块石、碎石、砂并铺平，现浇埋石混凝土作承受灌浆压力的盖板，等盖板养护满3天以上，从库岸地面打斜孔通入大龙洞内，把通道追源灌浆管与灌浆机接通，用大于水头高度1.5～2倍的灌浆压力做通道追源灌浆，将所有与漏水主河槽有连通的隐蔽和非隐蔽的漏水通道全灌住。这种做法能大量灌入砂、碎石，节省水泥，减少水玻璃的掺入量，为帷幕灌浆增大灌浆压力，确保灌浆质量，减少帷幕排数，节省投资以及提高帷幕体的耐久性等。

4.浆冲碎石、砂填洞法

灌注较大的未充填或半充填厅堂式溶洞时，有一些单个溶洞可灌体积达300～407 m3。若单纯用水泥砂浆灌注，耗灰量大，投资多，不宜采用；用水冲碎石、砂预充填溶洞时，灌入溶洞的为碎石、砂，具有强透水性，变成了在碎石层中的灌浆，增加了灌浆的技术难度和钻孔密度，对整个溶洞也不可能全部灌好。

为了节省水泥，又保证水泥碎石结石强度具有耐久性，采用调制好的水固比为2∶1的水泥浆液连同碎石、砂充填溶洞，在灌浆压力、浆液、水流以及灌浆材料自重的作用下，可将碎石和砂冲到较远处，又能在钻孔附近堆积结石，从而将溶洞堵塞，再用高压复灌，能使溶洞充填密实。

5.一次高压花管式灌浆法

此法用于黏土全充填的溶洞灌浆。其方法是将栓塞塞在溶洞顶部的完整岩石中，栓塞以下接灌浆花管，花管上有6排小孔，呈梅花形分布，灌浆时使用较大的压力，使水泥浆从花管的孔中高压射出，与充填溶洞的黏土混合，凝结成密实的水泥黏土结石。对于半充填的溶洞，宜用浆冲碎石、砂填洞法灌浆与一次高压花管式灌浆法结合使用，即先用前法将未充填部分的洞穴填满，再用后法灌注使之密实。

6.反捕捉洞穴海黄鳝鱼灌浆法

靖西县大龙潭水库内有6个漏水洞及其岩溶管道连通坝后所有漏水点，漏水量达7.65 m3/s，洞内流水速度随着库水位升高而加快，5号漏水点深潭面积达100 m2，水深达10 m，漏水呈波浪状翻滚，堵漏难度很大。为此，独创了反捕捉洞穴海黄鳝鱼灌浆法。做法是在库内漏水洞中埋入不同深度的灌浆管，并充填块石、碎石到洞口下20 cm，用细小碎石铺平，浇筑混凝土平洞口，灌浆封堵漏水洞及巨型岩溶通道，然后在漏水洞周边进行固结灌浆，全面封堵与岩溶通道有连通的溶沟、溶槽、裂隙、节理等渗漏通道和非渗漏空间。

7.堵头加强通道追源灌浆法

在大龙潭水库发电厂房左下角有一个漏水点与库内3个漏水洞有连通，而且该处具有较好的刚性条件，同时位于f断层斜交大坝的下游交会处，在断层附近有厅堂式、管道式溶洞发育，并与其他漏水通道连通。为了堵塞这些漏水通道，在施工中独创了堵头加强通道追源灌浆法。做法是将集中漏水点出口处扩大、深挖，在漏水洞中插入多条钢管和一条铁管作为导流和通道追源灌浆管，用水玻璃搅拌均匀混凝土回填预埋，在漏水洞处浇筑混凝土高于水面，待混凝土硬结后，把通道追源灌浆管或导流管与灌浆机接通，开始进行通道追源灌浆，通过灌浆加压，使追源灌浆的水泥浆液穿过大坝坝基进入库内直至漏水进口处和非漏水的溶洞、裂隙、库底的岩溶发育空间，取得坝基、库区堵漏及库底防渗的多元效果，将所有与漏水有连通的隐蔽和非隐蔽的漏水通道全部堵住。

这种做法可大量灌入砂、石粉，节省水泥用量及减少水玻璃的掺入量，提高帷幕灌浆的灌浆压力，对确保灌浆质量、减少帷幕排数、节省投资以及提高帷幕体的耐久性等起到综合治理效果。

8.喇叭形导流平压过滤反堵灌浆法

靖西县大龙潭水库溢洪道下游有长 55 m、宽约 30 m、水深 2～4 m 的大深潭，潭中各漏水点漏水呈翻滚状，漏水点地形呈锅头状，漏水点周边及漏水口均为泥砂、黏土和淤泥。深潭面积大，对潭中漏水点的引流封堵，传统做法首先是清理潭中的所有泥土，需要花大量人力、物力和财力，而且造成更大的深潭，对封堵工作极为不利；如果采用混凝土回填，也需要大量的投入，是很不现实的。因此在施工中独创了喇叭形导流平压过滤反堵灌浆法。做法是将预先编好的草垫沿漏水点地形搭接铺好压实，使漏水从草垫的中心上涌，底部倒入碎石以减弱涌水压力，再用编好的草垫和砂、石粉互层填高出水面，然后用大块石压牢，使其只能漏水而不能出浆，水泥砂浆从出水口向上游的漏水通道逐渐沉积、析水结石堵住渗漏通道。此法起到环保和减少浪费的作用，减少水玻璃掺入，提高帷幕体的耐久性。

三、防渗堵漏灌浆质量与效果评价

水库灌浆施工结束后，通过检查孔压水试验和岩心检查，灌浆后达到了规范的要求。对个别不合格的灌段进行复灌,直到合格为止。同时对灌浆进展情况、灌浆前后水库渗漏量变化、灌浆资料整理等进行全面系统的检查、分析、评价，最后通过工程验收。这两个工程在灌浆前，大坝漏水均很严重，下游坝面大面积湿润，有多处集中渗漏及射流现象，灌浆后已无明显漏水，下游坝面湿润基本消失，灌浆效果显著。通过检查孔岩心证实，坝体内洞穴、渗漏通道得到水泥结石有效充填堵塞，起到防渗作用，并加大了坝体容重，增加了大坝的稳定性。