盘石头水库岩溶处理专项技术方案探讨

2017-03-12河南省水利第二工程局

河南水利与南水北调 2017年1期

□（河南省水利第二工程局）

盘石头水库岩溶处理专项技术方案探讨

□张林（河南省水利第二工程局）

盘石头水库鸡冠山渗水已严重影响该水库正常蓄水，在进行帷幕灌浆施工中，由于遇到盘石头水库断层、强透水带、岩溶等复杂地质环境，实际施工中针对灌浆材料进行分类选择，同时优化施工方案，制订了模袋灌浆施工、溶洞回填等具体专项技术方案，以便减少灌浆损失，达到防渗效果。

盘石头水库；防渗帷幕；专项技术

1 工程概况

盘石头水库位于鹤壁市西南约15 km的卫河支流淇河中游盘石头村附近。是一座总库容为6.08亿m3的大（2）型水利枢纽工程，主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、左岸非常溢洪道、右岸两条泄洪洞，输水洞及电站。鸡冠山渗水是盘石头水库遗留问题，根据鸡冠山工程地质和水文地质条件，通过布置防渗帷幕减少鸡冠山渗水，防止其对坝基、库岸和泄洪洞产生不利影响。防渗帷幕采用封闭式，帷幕底线伸入基岩相对隔水层，以截断渗流通道。鸡冠山帷幕设计为前后两排，孔排距1.50 m，孔距1.50 m，断层带及渗水严重地段加强灌浆，帷幕加密至三排。

2 断层、强透水带及岩溶处理采用专项技术措施

鸡冠山帷幕灌浆需带水头施工，前期水流造成断层带细颗粒流失，水处于流动状态，导致浆液无法凝固，出现灌浆量大情况，对下游排孔段根据工程实际采用灌注速凝浆液、灌注混合浆液或膏状浆液，降低造价，以免不必要的浪费。

3 工程中使用浆液的分类

3.1 水玻璃－水泥混合浆液灌注

采用SGB6-10型灌浆泵、JJS-2B搅拌桶、孔口混合器、灌浆自动记录仪配套使用。采用的水玻璃模数应在2.40～3.20之间，浓度≥40波美度（使用前加水稀释至20～35波美度备用）。采用的水泥浆水灰比根据现场试验确定，宜选择0.70∶1～1∶10之间的单一配合比。注浆压力根据现场试验确定，水泥浆与水玻璃浆液的体积比根据室内试验确定，一般取值为1∶0.10～1∶1。

3.2 砂浆灌注

为了节约灌浆材料，当发现裂隙通道很大时，采用3SNS（B）砂浆泵视情况可以改灌水泥砂浆等。

3.3 膏状稳定浆液灌浆

螺旋灌浆泵与灌浆孔之间通过直径32 mm的高压灌浆管连接，采用孔口封闭器向孔内纯压式灌浆。前期灌浆按每孔段定量灌注，采用多次复灌法处理，后期灌浆孔可根据灌浆情况单孔单次灌注量进行增加。灌浆和结束标准：在0.05～0.80 MPa的压力下，单位吸浆量＜2 L/min时，继续灌注30 min；若下游排孔灌入干料累计量达5 t/m时，单位吸浆量仍较大，并难以达到结束标准，间歇待凝6-8 h后再进行扫孔灌浆。

3.4 混合稳定浆液灌浆

材料性能和配合比：混合稳定浆液析水率＜5%，抗剪屈服强度τ0≤20（Pa），塑性粘度η＜0.30（Pa·s）；结石抗压强度R28≥12.50 MPa，渗透系数K≤1×10-6cm/s。现场施工拟使用配合比见表1。

表1 现场拟用混合稳定浆液配合比表

制浆和灌注设备：除利用膏浆设备拌制设备外，混合稳定浆液还可采用高速制浆机配螺旋输送机拌制所需的膨润土浆液，再与集中制浆站配制的水泥、粉煤灰浆兑制而成混合浆液。阻塞及灌浆压力控制：采用孔口封闭器、循环式灌浆，翻浆管均下至距孔底0.50 m。灌浆压力范围取0.10～1MPa，以回浆管压力表中值控制。压力表指针摆幅不超过所使用最大压力值的20%，压力表处加装稳压器。灌浆及结束标准：混合稳定浆液变换按由稀到浓的原则进行，混合稳定浆液采用水胶比2∶1的浆液开灌。在0.10～1MPa的灌浆压力下，单位吸浆量＜0.40 L/min时，继续灌注30 min，即可结束灌浆。

4 专项技术分类

4.1 模袋灌浆施工方案

4.1.1 模袋灌浆特性

模袋灌浆技术是近年来为解决岩溶地区溶洞或岩溶通道内在动水条件下灌浆难题而由土工模袋混凝土衍生而来的一种新的灌浆技术。模袋灌浆作用原理是：在充分探明地下渗水通道或溶洞的位置、形态、大小和地下水流量流速的条件下，向溶洞钻孔，通过钻孔向其中下设特制的、大小与溶洞通道相适应的模袋，再向模袋中注入速凝浆液。

模袋灌浆技术具有以下特性：一是模袋材料通常采用尼龙、聚酯或聚丙烯等材料用特殊的纺织工艺织成，织物强度高；二是灌浆特性，在灌浆压力作用下，模袋内水泥浆中的水分可由袋内析出，而水泥颗粒不会外漏，这样可以降低水灰比、提高固结强度、缩短固结时间。耐高速水流，在高速水流下，保证水泥不分散，不被冲走；三是空间的适应性，模袋在压力作用下能产生变形，通过控制灌浆压力和注入速率可适应不同形状的溶洞或通道空间，有利于堵塞；模袋灌浆浆材可针对工程情况采用多种浆材，有明显的经济性。

4.1.2 模袋灌浆施工程序

模袋灌浆施工程序如下：开始→钻孔探险→模袋制作、安装→注浆系统准备→模袋灌浆→控制待凝→模袋灌浆→待凝→检查→完成。

4.1.3 模袋制作

施工准备：先准确测量空腔深度、尺寸及钻孔孔内水流速度。模袋制作：根据探测的空腔深度及尺寸，按设计的模袋形状进行手工缝制。针脚要紧密、缝制要结实。模袋绑扎：模袋按“之”字形对称折叠，合绑扎在灌浆花管上，并用电工胶带固定形状，直径不宜＞15 cm。绑扎不宜太紧，以免影响模袋充浆后的张开形状。垫底：为防尖石扎破模袋，模袋下放前先向孔底投入3～5 m3砂，并用水、风吹平做模袋垫底。模袋入孔：模袋下入孔底前，用丝扣与钻杆连接，并将模袋袖口紧扎于钻杆上，采用地质钻机下入灌浆部位。在初次灌浆前，在现场进行模型灌浆试验。模袋材料、形状、绑扎方式等与孔内模袋一致，按照计算的灌浆量限流灌浆，验证模袋张开方式、浆液充填情况、泌水情况等。

4.1.4 模袋灌浆施工

浆液制备：模袋灌浆浆液在现场制备。先制备0.50～0.60∶1原浆，再加砂拌制成砂浆，然后在双层搅拌桶中加入3%水玻璃调制，初凝时间控制在30-40 s，再通过灌浆向模袋定量灌注。模袋灌浆：①为防止模袋快速充胀破裂，采用限流灌注。在灌入量＜1 000 L以前进浆流量控制在20 L/s以内，在确保模袋张开后，进浆速度控制在30～50 L/s。在灌浆总量达计算总容量的80%左右，控制进浆流速在15～20 L/s，必要时采用间歇法灌注。②在灌浆过程中，对模袋灌浆孔上、下游钻孔进行水位测量，并观察出水口水量、颜色等变化，以判断灌浆效果。③灌浆时按先中间孔后上游孔的顺序，各孔逐个下设模袋进行灌浆，每个模袋灌浆时间间隔≥4 h。

4.2 溶洞回填处理方案

溶洞回填以流态混凝土、砂浆材料为主。

4.2.1 钻孔

拌制前，对原材料和外加剂检验和做配合比试验，并经试验室检验合格和监理工程师认可后方可进行生产。细石混凝土塌落度要求≤14 cm，细石粒径≤20 mm，砂浆塌落度要求≤14 cm。

拌制时，必须对原材料严格计量，布置搅拌时间；搅拌顺序必须按照粗骨料、细骨料、水泥、外加剂的顺序依次投料，用量偏差控制在规范允许偏差值内。采用机械拌制，各种材料要混合均匀，搅拌时间满足规定。拌制好的混合料必须以最快速度运至现场使用。

4.2.3 细石混凝土及砂浆回填

施工中若遇到大溶蚀空腔、落洞时，用细石混凝土回填；溶隙、裂隙用砂浆充填。钻进过程中遇到岩溶通道是，即停止钻进，从孔口对该溶洞、溶隙、断层进行细石混凝土或砂浆回填。

导管安装：提前分段拼装好，并仔细检查，对变形和漏水的导管不能使用；内壁和接头冲洗干净，接头处密封完好有效；导管人孔后须居中，沉放稳定；导管底口距孔底高度一般50 cm左右；对放入孔内的导管做好测量，准确记录总长度和每节导管的长度及排列顺序；导管顶端安装φ600 mm左右直径的漏斗，以便下料。细石混凝土及砂浆灌注过程中，尽量保持导管底口埋入混凝土或砂浆中，不应将导管提出混凝土面，导管埋入深度一般2 m左右。溶管、裂隙股状涌水根据涌水形状制作模带，实施模带注浆。待凝：待混凝土或砂浆将岩溶充填密实后，待凝24-48 h，然后继续钻进，遇到溶洞、溶隙时继续以上步骤，直至终孔。