甘溪水库帷幕灌浆不良地质情况处理

徐凯

(贵州黔水工程监理有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

1 工程概况

甘溪水库位于沿河县甘溪镇石梁河上，距沿河县城26 km，距遵义市287 km，距贵阳市431 km，地理座标为东经108°24′30″、北纬28°22′30″。有乡级公路通过坝址区，交通较为方便。

工程主要建筑物有：碾压混凝土重力坝、输水隧洞及管道、库区排涝洞等。工程任务为灌溉和供水，项目建成后能解决沿河县甘溪镇、夹石镇、谯家镇(1个村)、淇滩镇4个乡镇30个村的生产生活用水。总灌溉面积1 471.67 hm2，供水人口44 260人，工业园区供水209万t/a，年供水总量1 221.00万t。本工程等别为Ⅲ等，属于中型水利工程，坝址位于甘溪镇政府上游约200 m处，坝址以上控制流域面积28 km2，多年平均流量0.28 m3/s。水库校核洪水位504.11 m，总库容1 110万m3，正常蓄水位为501 m，相应库容为919万m3，死水位474 m，相应库容82万m3，兴利库容837万m3。大坝建基面440 m，坝顶高程506 m，最大坝高66 m，坝顶长198.55 m，坝顶宽6 m。

其中枢纽防渗帷幕由左岸灌浆平洞(长656.21 m)、拦河坝(长198.55 m)、右岸灌浆平洞(长1 581.74 m)组成，防渗帷幕轴线总长2 436.50 m，为单排帷幕，设计图工程量共个1 366孔，钻孔90 770.61 m，有效进尺82 214.40 m，除左岸灌浆平洞0+367～0+656.21段帷幕孔距为3 m外，其余段孔距均为2 m。左、右岸灌浆平洞距坝160 m和拦河坝段设计防渗标准为3 Lu，其余防渗标准为5 Lu，灌浆压力第一段2 m为0.50 MPa，第二段3 m为0.80 MPa，二段以下均为1.50 MPa。帷幕灌浆工程量见表1。

表1 帷幕灌浆工程量表

左岸灌浆隧洞开挖揭露的围岩为后坝组第一段(∈3h1)厚层白云岩，岩体较完整，未揭露溶洞，洞壁大多干燥，多以Ⅲ类为主，部分为Ⅳ类。

右岸灌浆隧洞开挖穿越地层较多，为后坝组第四段(∈3h4)厚层白云岩夹白云质灰岩、毛田组(∈3m)厚层灰岩、白云岩、白云质灰岩不等厚互层、桐梓组第一段(O1t1)灰色、黄绿色页岩、桐梓组第二段(O1t2)深灰色厚层夹薄层灰岩、少量黄绿色页岩，以及厚层白云质灰岩夹白云岩。全洞共揭露25个溶洞，多以竖管状充填型溶洞，前400 m洞段揭露8个溶洞，其中以GY0+350 m、GY0+360 m两桩号K5、K6溶洞为最大，溶洞沿线长7 m，横穿隧洞，充填黄色粘土夹碎块石；后1 200 m段揭露17个溶洞，以GY1+090～1+100 m桩号K17溶洞为最大，横穿隧洞发育，沿线长12 m，充填黄色粘土夹碎石，灌浆隧洞岩溶见表2。

表2 右岸灌浆隧洞岩溶统计表

2 灌浆前采用的先导孔物探检测成果

灌浆前设计共布置77个先导孔，其中左岸20个，右岸57个，孔间距为25 m，先导孔包括钻孔取芯、压水试验、水位观测等，物探含钻孔录像、孔间电磁波CT等。通过检测，其中左岸19个先导孔均进行钻孔全景成像，据全景成像成果，各钻孔均未发现较大规模管道型溶洞，但溶蚀裂隙、溶孔较发育，宽度多在10～30 cm，多数未充填，部分半充填泥质；电磁波CT解译成果显示，自桩号GZ0+280m的ZD04号孔508 m高程顺层发育一溶蚀破碎带，延伸至桩号GZ0+184 m的ZD01号450 m高程，综上两种测试成果，左岸岩溶中等发育，岩溶形态多为竖直溶隙，顺层溶蚀破碎带分布在GZ0+184～GZ0+280 m洞段。右岸结合先导孔钻孔施工及电磁波CT成果来看，右岸岩溶主要集中发育在YD12、YD18、YD24、YD37四个先导孔一带，钻孔揭露溶洞规模较大，有充填型溶洞，具体为：

YD12：桩号GY0+460 m，因首次钻孔遇溶洞未至设计孔深，在帷幕轴线上桩号+0.30 m重新钻孔，钻孔结果在448.20～458.20 m高程为溶洞充填砂卵石，取出少量卵石磨圆度好，高程434.70～436.20 m段有掉钻，底部有黄泥充填。

YD18：桩号GY0+610 m，在桩号YD018-12 m与YD018+4 m两处分别布置补充钻孔，在相应位置均有掉钻现象，掉钻高程在476.35～486.35 m区间，三个钻孔掉钻分析为同一溶洞，顺层发育，最大高度10 m，半充填粘土。

YD24：桩号GY0+760 m。在孔深45.70 m有掉钻，高1.40 m，该区域物探CT异常带基本吻合，顺层发育，最大高度4.50 m。

YD37：桩号GY1+084 m。根据灌浆隧洞开挖，有岩溶充填现象，灌浆洞见粘土夹砂卵石，卵石磨圆度好，跨度8～10 m，由于成孔条件差，物探CT效果不明显，之后在YD37+0.30 m处重新钻孔，孔深68.50 m，在深度28 m以下岩体均较完整，偶有掉块，YD37深度31～51.70 m范围无大型空腔，结合其他补勘孔，判定该区域28 m以上以及51.70 m以下存在岩溶管道。

3 灌浆过程处理情况

3.1 处理方法

出现塌孔、掉块、泥沙较多的孔段，但孔内有返水时，采用水灰比为2∶1水泥浆液开灌，达到变浆要求时，按照规定进行逐级变浆灌注，若注入率逐渐变小、压力逐步上升，则应一次性灌至设计压力，到达规定的结束标准。若灌浆注入率较大，灌注至水泥耗灰3 t后仍无明显的变化，则采取低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝、复灌等方法进行灌注至水泥耗灰5 t后停止灌浆，待凝24 h，扫孔后复灌，若扫孔仍然存在塌孔、掉块或孔内含有大量泥沙，则继续待凝复灌，直至达到规定的结束标准。

当溶蚀裂隙灌浆注入率较大，注入量达到水泥耗灰至3 t后，注入率无明显变化，灌浆压力也没有提升时，采取限流、限量继续灌注至水泥耗灰5 t后待凝，待凝24 h后扫孔复灌，复灌时，起灌水灰比采用待凝前相同的水灰比，若复灌水泥干耗达5 t仍未能返浆、升压，继续采取待凝、复灌措施处理，若复灌时，注入率减小、孔内回浆、压力提升，则持续灌注，这时不限量，直至灌浆压力升至设计压力，灌注至规定的结束标准，该段灌浆才能结束，待凝24 h后，进行下一灌注段施工。

对涌水孔的处理：钻孔时出现孔内涌水，说明该部位溶蚀裂隙较为发育，且连通性较好，对该部位的灌浆应先对涌水进行封堵处理后，再进行帷幕灌浆施工，才能更好地保证帷幕灌浆施工施工质量。

当灌浆孔钻孔过程中遇到涌水时，特别是当涌水压力超过0.20 MPa时，根据涌水情况，选用下述方法处理：

灌前测定涌水压力和涌水量；自上而下分段灌浆；缩短段长(常规段长5 m，控制在2 m之内)，对涌水段单独灌浆；相应提高灌浆压力，其灌浆压力≥正常灌浆压力+涌水压力；改为纯压式灌浆；

灌注浓浆；灌注速凝浆液；灌浆结束后采取屏浆措施，屏浆时间不少于2 h；闭浆；闭浆结束后待凝48 h；复灌。

钻孔至涌水孔段，采取速凝浆液进行堵水灌浆，待凝48 h后，扫孔至原孔深，若无涌水则进行压水试验检查，然后按设计要求进行帷幕补强灌浆；若仍存在涌水，则继续按前述步骤进行堵水灌浆，直至无涌水。

溶洞、岩溶管道及溶缝的处理：先查明溶洞的充填类型和规模，采用钻探及物探综合手段查明溶洞分布形态及范围、充填物种类和密实情况，然后确定处理措施，对溶洞、溶缝按先封闭、后充填、再高压密实的原则进行钻灌。

无充填溶洞的处理：如钻孔过程中遇到空腔>50 cm的溶洞，且无充填或充填物较少时，在其上、下游各钻设大口径钻孔(110 mm以上)，用砂浆或细砂交替回填，直到该溶洞回填满为止，对于直径<50 cm的岩溶管道，采用自流式水泥砂浆灌注，当孔口浆面不下降时，改用纯压灌注，在设计压力下吸浆量<1.00 L/min时，才终止灌注水泥砂浆。混凝土回填或砂浆灌注结束，待凝24 h后扫孔进行常规帷幕灌浆施工，直至达到灌浆结束标准。

含粘土充填溶洞的处理：在钻孔过程中遇有充填粘土的溶洞，采取风水联合冲洗置换或高压脉冲灌浆的方法进行处理，将灌浆压力适当提高，水灰比调整到1∶1起灌。在采取以上措施后，灌浆时吸浆量仍然很大、不起压力时，采用加速凝剂、灌注水泥砂浆、间歇灌浆等方法处理，直至通道堵塞为止，扫孔后重新灌浆，直至结束。

对于钻孔中互相连通的溶蚀裂隙，采用“先纯水泥浆预灌注，后水泥浆掺细砂灌注，再水泥-水玻璃浆灌注”的方法进行处理。

3.2 实施情况

对地质条件复杂的岩溶部位，根据钻孔资料、物探成果及压水资料分析，设计单位在右岸一定范围内加密一排灌浆孔，加密排灌浆孔轴线布置在原帷幕轴线上游80 cm，间距2 m布置，具体部位为：A区GY0+451.00～GY0+471.00桩号、B区GY0+573.00～GY0+643.00桩号、C区GY0+699.00～GY0+711.00桩号、D区GY0+747.00～GY0+765.00桩号、E区GY1+067.00～GY1+101.00桩号、F区GY1+401.00～GY1+431.00桩号，共98个孔。

A区布置13个加排孔，编号为：AYJM01—AYJM13，孔深为83.15～83.27 m，AYJM01、AYJM02、AYJM03灌浆孔在钻进至59～62 m时出现黄泥夹沙，返水较小的情况，针对该情况，施工时采用高压水冲孔与孔内通风相结合的方法对该部位黄泥、沙子进行长时间的冲洗置换，后续在该部位灌注水泥砂浆回填密实，待凝24 h后扫孔进行常规帷幕灌浆施工，直至达到灌浆结束标准，AYJM07、AYJM09灌浆孔分别在钻进至42.20～47.20 m、47.20～57.20 m时出现返水黄色、返水小的现象，该处开始灌浆水灰比3:1，达到水泥耗灰至3 t后，注入率无明显变化，灌浆压力也没有提升，遂采取限流、限量继续灌注至水泥耗灰5 t后待凝，待凝24 h后扫孔复灌，复灌时，起灌水灰比采用待凝前相同的水灰比，复灌时，注入率减小、孔内回浆、压力提升继续灌浆直至灌浆压力升至设计压力，灌注至规定的结束标准，该段灌浆结束，待凝24 h后，进行下一灌注段施工。

B区布置25个加排孔，编号为：BYJM01—BYJM25，孔深为56.43～56.62 m，该区域主要有发育在灌浆部位上部、中上部的由黏土充填或半充填的溶蚀条带、溶洞，发育规模较大。BYJM01号孔12.70～17.70 m，BYJM05号孔22.80～27.80 m、37.80～42.80 m、47.80～52.80 m，BYJM07号孔37.80～42.80 m、47.80～52.80 m，BYJM16号孔27.90～32.90 m，BYJM24号孔48～53 m均被黄泥充填，上述部位均采用高压风水联合冲洗置换与高压脉冲冲洗置换的施工方法对黄泥进行置换，置换完毕根据空腔大小采用级配碎石混凝土或砂浆回填,该5个孔砂浆回填达25 m3，回填完毕后待凝24 h，在采取以上措施后，BYJM07号孔47.80～52.80 m，BYJM24号孔48～53 m灌浆时吸浆量仍然很大、不起压力，进一步采用加速凝剂、间歇灌浆等方法处理，直至通道堵塞为止，扫孔后重新灌浆，直至结束。

D区布置10个加排孔，编号为：DYJM01—DYJM10，孔深均为53.54～53.73 m，DYJM07在钻进至33.40 m时遇到1.30 m厚的黄泥层，通过高压风水联合冲洗置换实现对该部位的换填，结束后进行帷幕灌浆。

E区布置18个加排孔，编号为：EYJM01—EYJM18，孔深为67.20～67.40 m。E区岩溶发育，其中EYJM09～EYJM16在22～40 m为岩溶发育部位，在该部位采用同步钻孔，局部钻进结合不同孔位、孔深扰动、风、水联合冲洗置换的方法进行处理，结束后进行帷幕灌浆。

F区布置16个加排孔，编号为：FYJM01—FYJM16，孔深为68.90～69.00 m。该区域主要岩溶问题为分布在灌浆区域中部的溶蚀裂隙、溶缝，在FYJM11钻进至21 m时，出现返水黄色，灌浆时隧洞边墙有黄泥挤出，采用浓浆灌注及待凝后可继续钻进，钻进至37～47 m时，灌浆压力无明显提升，根据钻孔情况及前期物探资料综合分析，该处为黄泥充填溶蚀裂缝集中发育部位，根据发育特点，同时对相邻FYJM10、FYJM12钻进至37 m，按进尺2～3 m控制冲洗置换范围，冲洗完成后进行砂浆及浓浆回填，待凝后继续钻进，直到该区域置换结束，最后采用添加速凝剂，间歇灌浆，限流限压等方式进行帷幕灌浆结束。

左岸5、6单元在90号孔～100号孔为岩溶发育的关键部位，灌浆施工期间，在98#灌浆孔(桩号GZ0+196 m)大雨后有水涌出，最大喷射高度达1.70 m，随后高度降低，但在2017年汛期一直在涌水，结合该孔及附近灌浆孔均有掉钻现象，溶洞顺层发育，推测该处有较通畅的顺层岩溶管道发育，灌浆处理后管道被封堵或部分封堵，导致涌水，而补给来源高程较高，形成高1.70 m的喷射水柱。为了探明溶洞发育规模及空间布置，在原帷幕线上游布置一排偏上游5～10°不等的斜孔对溶洞进行探明。后面采用风水联合冲洗的方法对溶洞充填物进行置换，通过风压结合填筑级配碎石的方法对溶洞进行回填，级配碎石回填达15 m3，砂浆回填达85 m3，最后通过ZJM01-ZJM16加密孔对该部位进行灌浆，其中ZJM07在45.88～50.88 m，ZJM09在60.90～65.90 m吸浆量较大，采用多次扫孔、复灌、添加速凝剂等方式灌浆结束。

以上风水联合冲洗采用90 m3空压机，置换采取砂浆泵配合灌浆泵。

针对左岸5、6单元，以及右岸A区、B区、C区、D区、E区、F区不良地质按上述措施处理后，经质量检查满足设计挡水建筑物防渗要求。灌后压水检查见表3。

表3 不良地段灌后质量检查压水成果统计表

4 结语

沿河县甘溪水库大坝枢纽防渗帷幕根据灌浆平洞开挖揭露出来的溶蚀裂隙、黏土充填或半充填的溶蚀条带、溶洞、黄泥层、黄泥夹沙等地质情况极为复杂，由于库区多年平均流量只为0.28 m3/s，以及灌浆工程量较大，灌浆前为了慎重起见，业主方多次组织参建各方进行充分论证，最后达成共识，对帷幕先导孔需做物探CT检查和全孔录像，先探明地质情况再作帷幕灌浆设计。因多方面原因，帷幕灌浆从2016年9月中旬开始至2019年12月25日实施完毕历时了较长的时间，总共灌注了水泥约1.40万t、砂约150 m3、砂浆约85 m3，工程质量基本得到了保障。水库于2020年5月5日开始蓄水，截止6月底现水库已蓄水有50 m的水头，通过对下游检查，未发现渗漏异常现象，库区水位也一直都在呈上涨趋势。通过对项目不良地质段帷幕灌浆的施工，对以后其它项目实施过程中若遇到类似的地质情况提供了可借鉴的经验。