粉细砂地层基坑涌水流沙等地质灾害的治理

张宏伟 李 茜

（中国水利水电第三工程局有限公司西北分局 甘肃 兰州 730070）

1 工程概况

黄河海勃湾水利枢纽为Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型，位于内蒙古自治区乌海市境内的黄河干流上，是一座防凌、发电等综合利用的水利枢纽工程，主要由土石坝、泄洪闸、河床式电站等建筑物组成。河床布置四台贯流式水轮发电机组厂房，总装机容量90MW，年发电量3.59亿kW·h。电站厂房顺水流方向长69.1m，最大坝高35.2m，水库正常蓄水位1076.0m，总库容4.87 亿m3。

基坑开挖施工时，基坑内陆续出现十几处涌水现象，靠近上游围堰及右边坡处涌水点较多，涌水点由小变大，由点逐渐扩大到面，涌水量逐渐增大，并带有大量粉砂、细沙涌出，水质浑浊。基坑内及基坑边坡出现局部塌陷，直径最大达2m～3m，塌坑深度最大达1.0m，多呈圆形和椭圆形，塌坑内为Ⅲ单元灰色、灰黄色粉砂、细砂。永久塑性砼防渗墙部位施工成槽深度达到EL1010.5m时，突然出现大量地下承压水上涌，致使成槽泥浆外溢，底部土体出现塌陷。

2 成因分析

坝址区地下水按埋藏条件属孔隙潜水，分布于第四系松散堆积物中，与黄河地表水有水力联系。据钻孔观测资料得知，主要接受大气降水的补给，以潜流的形式向黄河排泄或向下游排泄，地下水水力坡度平缓，局部因抽取地下水造成黄河水补给地下水。根据原始地质资料显示：坝址区地层主要由第四系松散堆积物组成，总厚度大于500m。岩性主要由粗细沙、细砂、壤土、砂壤土、粘土、砂砾石等组成，局部夹有含砾细砂、含砾中细砂、砂壤土、壤土、粘土等透镜体，基坑地基土层为第Ⅲ地质单元（Q3al+l），存在地震液化、坝基（肩）渗漏、渗透稳定等问题。电站厂房区开挖基坑最低底面高程为1043.4m，施工期间基坑右侧形成高度约37m的边坡，且无防渗墙，绕渗渗径较小。永久塑性砼防渗墙底部高程与黏土层高程接近，且根据勘探资料黏土层厚度不一。

通过以上分析，有以下几点原因：①由于上下游高喷防渗墙（悬挂式）没有封闭，内外水位差大，可能在基坑右侧地层存在较大的地质松散层，有深层次的绕渗，造成基坑涌水而形成管涌。②坝址区地下水按埋藏条件属孔隙潜水，与黄河地表水有水力联系，基坑开挖及排水施工，造成基坑内外压力不平衡，通过孔隙潜水基坑外向基坑内补充水，造成涌水。③根据地质补勘揭示，基坑和右岸土体局部已经发生渗透破坏，地下存在集中渗水通道。由于岩性主要由粗细砂、细砂、壤土等组成，涌水携泥带砂容易形成空洞塌陷。④永久塑性砼防渗墙部位因地下地质条件复杂，设计底部黏土层厚度不一，施工时出现因下部黏土层薄，为满足设计要求而出现的地下承压水上涌情况。

3 治理措施及方案

为解决施工现场出现涌水、局部塌陷问题，确定以下方案：①在基坑右岸边坡施工高压旋喷防渗墙，并与上下游围堰高喷防渗墙搭接，以阻断渗水通道，加强防渗。②采用管井降水，以降低地下水位，减少渗流水力梯度。③为防止基坑涌水携泥带砂，采用反滤压盖、滤水围井等适当临时反滤措施，防止土体颗粒流失。④对局部较低的部位，采取小范围挡水和降水措施，保证施工边坡安全。⑤对已发现的集中渗水通道实施灌浆封堵，并对基坑及其周围受降低水位影响地区进行地下水位和地面沉降观测，发现问题及时处理。

3.1 右岸高喷灌浆

为避免在基坑右侧地质松散层，形成绕渗，造成基坑涌水而形成管涌，进行施工右岸高喷灌浆，从上游围堰开始，下接防渗墙结束，使其右侧高喷与围堰防渗墙形成闭合体。右岸增加高喷灌浆施工完成后，右侧来水被防渗墙隔断，增加来水绕渗渗径，基坑内涌水得到了明显的改观。

3.2 管井降水施工

为降低基坑承压水的压力，控制地下水位高度，减少基坑涌水量，且使基坑涌水点不带走或减少带走地基地层泥砂颗粒，避免或减少发生涌水、涌砂通道渗水对地基的破坏及基坑周边塌陷等情况，结合基坑开挖及砼体型，在上游护坦及下游尾水渠，右岸在安装间右侧，左岸在施工永久泵坑外侧，不影响主体砼浇筑体型范围内形成大的围井管井布置。通过基坑内双排管井排水，使基坑内地下水位降至开挖基础面以下，为顺利进行下一步的开挖施工，打下坚实的基础，施工完成后效果良好。

3.3 局部涌水采用反滤压盖、滤水围井施工

由于基坑地层受到地质灾害破坏，为防止出现涌水、涌砂现象，根据专家建议，作为永久工程的基础，建基面以下的管涌和塌陷土体，提前进行加固处理。采用主要方法为：

（1）涌水点预处理

根据基坑地质涌水情况，在基坑降水前或基坑降水降至一定水位后，提前进行涌水点处理。处理原则为首先处理左右岸两侧的水平涌水点，再进行中间垂直涌水点的处理：利用左右临时道路先对两岸涌水点的坡脚进行抛填滤料，外侧抛填大石或钢筋笼进行压重。待基坑水位降至一定高程后，按照原测量的涌水点坐标修筑进占道路直抵涌水点位置，采用抛填砾石料进行压重预处理。在进行涌水点处理时首先处理涌水带砂的,然后再处理涌水的，利用机械设备在涌水区域用钢筋铅丝笼形成围井，内包无膜土工布，围井内放置水泵抽水。土工布可有效止住涌砂，避免涌水带出较多砂造成新的地质灾害。

（2）换填砂砾石料或振冲碎石桩料处理

在基坑开挖接近建基面高程时，换填2m～3m左右砂砾石料或振冲碎石桩料，提前进行振冲碎石桩施工，待振冲碎石桩施工完成后挖除多余部分。同时解决了冬季施工对碎石桩的保护问题，振冲碎石桩的施工能有效止住涌水区域因水大而造成的涌砂情况。

3.4 基坑内防渗墙涌水采用灌注砂浆法施工

对于永久塑性砼防渗墙部位因地下地质条件复杂，设计底部黏土层厚度不一，施工时出现因下部黏土层薄，为满足设计要求而出现的地下承压水上涌情况，现场多采用先用碎石加黏土的方式进行填压，增加上部盖重，避免涌砂，及时调集钻机进行涌水部位的钻孔施工，采用钢套管跟进方式，深入黏土层破坏区1m以下。待钻孔完成后，砼泵管前端软管与钢套管相连接，向孔内灌注泵送砂浆。泵压控制在10MPa，为避免造成严重破坏，待泵机显示压力值过大时，停止灌注砂浆，使用液压拔管机提升，再进行灌注砂浆方式填堵下部漏点，止水效果明显。

3.5 地基疏松和塌孔部位采用基础补强高喷灌浆施工

为避免因涌道涌水造成的塌陷，在涌道及基础疏松和塌陷区均布置了高喷灌浆孔，采用0.6∶1的浓浆先对疏松部位进行填实，后高压成桩加固基础和稳固边坡。它对于基础加固及边坡稳定起到了至关重要的作用。

3.6 加强监控管理

加强现场监控管理，加密监控测点布置，尤其对容易出现涌水、塌坑地段要加强观测。出现涌水流沙点、塌坑及时处理，短时间内得到有效控制，避免出现继续扩大趋势。

4 结语

通过右边坡增加高喷防渗墙，与上下游围堰高喷相接，有效地增加了基坑外侧来水渗径，为基坑内管井施工实现迈出了坚实的第一步。基坑内双排管井排水，降低了基坑内水位，为后续工程开展奠定了基础。对于局部涌水采用的反滤压盖，滤水围井，砂浆堵漏等都取得了良好的效果，保证了工程的顺利进展。本文通过对黄河海勃湾水利枢纽工程地质灾害分析及综合治理，对类似电站的基坑施工有一定的指导，为今后类似地质条件下水电站基坑施工提供借鉴。陕西水利