高压帷幕灌浆在喀斯特地区抽水蓄能电站中的应用

姜成海，吴吉才，赵 轶

（1.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 台州 317300；2.中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

1 工程概况

对大多数的抽水蓄能电站上水库来说，一般无径流补给，所有来水均采用抽水蓄能机组通过水道系统从下水库抽至，渗漏量控制比常规水库更为严格，防渗要求更高。喀斯特发育的复杂性，渗漏问题更为突出，防渗处理难度更大。因此，一般不对喀斯特地区抽水蓄能电站上水库进行全库防渗处理。

琅琊山抽水蓄能电站位于安徽滁州市西南3 km，装机600 MW。上水库正常蓄水位171.8 m，校核洪水位172.6 m，总库容1 804万m3，调节库容1 238万m3，利用琅琊山主峰西北侧的龙华寺、大狼洼和小狼洼等冲沟低洼地形作为库盆，分别在库盆东侧三沟汇合口、北侧垭口修筑主、副坝各一座，是国内第一座建于喀斯特地区采用局部防渗处理的抽水蓄能电站。

库区岩性主要为寒武系琅琊山组薄层状条带和车水桶组中厚层条带灰岩，受轴向约NE45°的褶皱构造作用，岩层陡立，倾角70°～80°，层间挤压紧密。断裂构造以走向NW、倾向NE的中等倾角断层为主，多呈张扭性，沿断层有花岗闪长斑岩岩脉侵入，连续分布一定厚度具有阻水作用的岩脉。裂隙以顺层NE向为主，NW向次之。喀斯特主要沿岩层面与NW向裂隙发育，空间上呈 “之”或 “井”字串珠状分布，洞体狭长，受地层岩性、地质构造及地下水排泄方向等因素控制。琅琊山组灰岩中可溶性方解石含量低，喀斯特不甚发育；而副坝垭口至龙华寺一线②号向斜两侧车水桶组灰岩中可溶性方解石含量高，喀斯特较为发育，特别是副坝垭口段车水桶组中段灰岩喀斯特发育尤为强烈，揭露地表溶洞、地下溶洞、落水洞共113个，一般在高程120 m以下为粘土以及土石混合物充填，高程120m以上为半充填或无充填，库区喀斯特渗漏问题尤为突出。

2 防渗帷幕布置

喀斯特地区水库防渗处理一般是同时采用钻探、物探、洞探等多种勘探方法，最大限度地查清喀斯特地区的地质构造及喀斯特分布范围、发育情况，在对喀斯特渗漏条件进行合理评价的基础上，结合工程具体情况，采用合理的防渗布置方案和处理措施，并采用 “灌、铺、堵、截、围 （隔）、喷、塞、引、排”多种方法中的一种或几种相结合的综合处理措施，以期达到有效控制水库渗漏量和处理方案经济合理的目的。

根据国内喀斯特地区水库防渗处理经验，结合琅琊山抽水蓄能电站上水库喀斯特发育特征，库区防渗采用以垂直灌浆帷幕防渗为主，粘土铺填辅助防渗，结合防渗线上溶洞掏挖并回填混凝土的综合处理措施。

帷幕防渗标准为1 Lu，帷幕线从龙华寺分水岭，经主坝趾板、进/出水口岸边，副坝至小狼洼沟顶岩脉墙，竖向深入喀斯特发育带以下的相对不透水层内，两端与高于库水位的地下水位相接，在库区东南、西、北及东北岸形成完整封闭的帷幕防渗圈。实施帷幕总长2 290.9 m，灌浆孔总进尺12.49万m，防渗面积约15.49万m2。副坝段帷幕最大深度140 m，为便于灌浆施工和防渗线上溶洞掏挖处理，在140、115 m和90 m高程设置3层灌浆平洞。上、下层帷幕采用 “迭瓦式”连接，帷幕中心线相距5 m，上、下搭接不小于5 m，并采用浅孔灌浆连接补强，浅孔灌浆压力采用2 MPa。

3 施工工艺和参数选择

（1）灌浆方法。采用孔口封闭，孔内循环，自上而下分段高压灌浆法处理喀斯特型渗漏，在乌江渡等工程中应用效果好。本工程帷幕灌浆也选用这种灌浆法。钻孔孔径为59 mm，孔口管段为91 mm。

（2）灌浆材料。室内浆液性能试验选择纯水泥浆液、水泥粉煤灰混合浆液和水泥砂浆，分别进行粘度、泌水率、凝结时间、稳定性以及结石抗压强度、抗折强度等项目的测试验。根据试验成果，最终选择帷幕灌浆采用纯水泥浆液，采用5∶1、3∶1、2∶1、 1∶1、 0.8∶1 和 0.5∶1 等 6 个质量比级； 处理小溶洞、较大的溶蚀裂隙采用水泥砂浆，水泥∶砂∶水质量配比为1∶1∶0.6，处理较大的溶洞采用一级配或二级配高流态混凝土。

（3）压水试验。各灌浆孔段均进行单点法简易压水试验，压力为孔段最大灌浆压力的80%，最大压力为1 MPa。检查孔压水试验在灌浆结束14 d后进行，对附近孔灌浆时无异常的检查孔，压水试验方法采用单点法，压力为最大灌浆压力的80%，最大压力为1 MPa；对于附近孔灌浆时大耗量、遇溶洞等特殊情况时的检查孔，压水试验采用5点法，压力为最大灌浆压力的80%，最大压力为2 MPa。

（4）裂隙冲洗。灌浆试验表明，对遇充填粘土的溶洞孔段，采用1 MPa高压水冲洗效果不太明显。根据工程经验，遇溶洞孔段可不进行裂隙冲洗。

（5）灌浆分段及灌浆压力。根据高压帷幕灌浆试验成果，最大灌浆压力采用4～6 MPa，灌浆孔分段及灌浆压力见表1。灌浆过程中，各孔段起灌浆液水灰比为5∶1，起灌压力0.5 MPa，根据其注入率大小调整灌浆压力和浆液水灰比，灌浆压力控制见表2。

表1 灌浆孔段及灌浆压力

表2 灌浆压力控制

（6）溶洞等特殊孔段处理。根据灌浆孔钻进记录、压水试验、灌浆及孔内电视等资料，及时分析确定溶洞的规模、分布、有无充填及充填物的组成、形态等情况，及时调整灌浆材料、灌浆压力、注入率等施工参数。①对遇无充填或半充填溶洞孔段，采用大孔径钻孔进行扩孔，视情况泵送高流态一级配或二级配混凝土，直至将其空腔填满，用0.5∶1浓浆灌注，待凝不小于24 h后扫孔，用2∶1稀浆起灌，按灌浆程序灌浆，直至结束标准。②对有充填、大耗灰量孔段，先用水泥砂浆灌注，再用0.5∶1浓浆灌注，并在灌浆过程中，视其不起压、起压而达不到结束标准、耗灰量达到限量等不同情况，分别采取低压或自流、 分级升压、 浓浆 （0.5∶1）、 限流 （10～20 L/min）、定量限量和间歇以及待凝等措施，进行反复灌注，直至达到灌浆结束标准。

表3 帷幕灌浆耗灰量分析

表4 帷幕灌浆大耗灰量孔段

（7）耗灰量分析。帷幕灌浆各序孔耗灰量分析成果见表3。从表3可知，上、下游排以及各序孔之间的递减关系明显，灌浆效果良好。

帷幕灌浆大耗灰孔段见表4。从表4可知，帷幕灌浆大量的耗灰集中在占总进尺少量比例的孔段上，这些孔段的平均单位耗灰量也较大，说明大耗灰孔段部位溶洞、溶隙较为发育，反映出喀斯特发育区帷幕灌浆的特点。

4 结语

琅琊山抽水蓄能电站上水库于2005年7月1日开始初期蓄水，至2006年11月26日蓄水至正常蓄水位171.8 m，至今已经经历了高水位长时间运行的考验，水库周围地下水位和泉水流量未因水库蓄水而发生变化，灌浆洞壁仅有局部洇水现象，证明库区喀斯特渗漏部位采用高压帷幕灌浆处理后，防渗效果良好。