云南省某水库帷幕灌浆施工及效果分析

张 程

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030012）

1 概况

1.1 工程基本情况

清华洞水库位于云南省文山州富宁县，地处洪门河上游的清华洞，平均高程约860 m，属南亚季风气候，雨量充沛，温暖湿润。清华洞水库集灌溉、防洪及发电于一体，设计正常蓄水库容8700×104m3，总库容9934×104m3，防洪保护人口3 万余人，灌溉农田1600 hm2，配套电站装机2×4000 kW。水库属中型水利工程，由天然岩溶盲谷封堵成库，永久性建筑物三级，次要建筑物四级。枢纽区为低中山地，地貌复杂，呈现多种岩溶地貌形态，溶洞、溶沟、溶槽、暗河、落水洞等岩溶现象较为发育，随处可见，为典型的喀斯特岩溶地貌。清华洞暗河进口处沟谷深切，山崖陡峻，地形高差较大，两壁近于垂直，相对高差大于200 m，河谷多呈“V”形。枢纽区地面植被中等，水土流失不严重，新老冲沟不发育，未发现较大的崩塌和滑坡。

1.2 帷幕区地质特征

下层廊道帷幕区（桩号0＋98.4—0+245.6）主要坐落于断层溶塌体上，开挖揭露地层为C1d1薄～中厚层硅质灰岩和极薄层泥质灰岩、泥灰岩、灰岩互层，溶塌体主要由块石和黏土组成，块石最大直径大于2.0 m，并见有磨圆度较高的河相沉积物和砂卵石，结构极为松散，富含孔隙裂隙水，具有很强的导水性。开挖过程中常见小的坍塌和掉块，帷幕灌浆试验孔揭露断层溶塌体发育底界约在773 m 高程附近，其走向为NE 向，其下岩体在地下水的作用和其他因素的影响下，岩溶较为发育。廊道和钻孔还揭露出断层溶塌体具有水平溶洞和垂直溶洞，其中以3＃溶洞规模最大。3＃溶洞位于桩号0＋161.3，空腔体积约为260 m3。该溶洞横穿廊道底板，走向约310°，向上游方向尖灭，向下游方向由小变大，进口处宽0.8 m、高1.0 m，向内变高变宽，最大宽度大于3.5 m，最大高度大于15.0 m，并可见分支小溶洞，富含孔隙裂隙水，滴水现象严重，积水经分支的小型溶洞或岩溶通道流走。溶洞底部充填有岩溶泥和碎块石，洞壁胶结有具磨圆度的砂卵石，溶洞可进深度约16.0 m。

上层廊道桩号0+157—0+232.6 段位于断层溶塌体上，其中桩号0＋157—0+190 为露天开阔段，表层被人工堆积块石土和第四系全风化残坡积碎石土层覆盖，覆盖厚度9.0～19.6 m，最大深度据2118 孔（桩号0＋185）揭露达19.6 m。此覆盖层表层为块石土，块石直径一般0.1～1.0 m，最大直径可大于2.0 m，密实度相对较差，往下为残坡积碎石土层，密实度相对较好。此地段主要揭露岩层为C1d1薄～中厚层硅质灰岩加燧石条带和极薄层泥质灰岩、泥灰岩、灰岩互层，节理裂隙发育，岩层较为破碎，岩溶充填物分布较广。从钻进情况看，下游排各地段均出现不返水情况，说明岩溶通道极为发育，较下层廊道更甚，其中桩号0＋157—0＋170位于3＃溶洞。

1.3 帷幕灌浆必要性分析

依据初步灌浆横向分布特征，吃浆量大的部位主要集中在3＃溶洞附近和1101 孔（桩号0＋242.8）附近，说明这2个地段岩层相对较为破碎，泥质层和砂卵石层分布较多；而从纵向分布上看，总体上来说，从上而下，岩石逐渐完整，泥化夹层逐渐减少，岩溶通道和岩溶现象逐渐消减，720 m 以上不同高程段均分布有吃浆量大的孔段，而大吃浆量的孔段大多与泥质夹层和砂卵石层相关。这些软弱夹层做小压力的灌前简易压水试验时透水率通常不大，但在大的灌浆压力下易受挤压劈裂，从而造成吃浆量增大。由表1 可知，吃浆量大的部位主要集中在孔深10.0～30.0 m，而720 m 高程以下仍然存在单注大于1000 kg/m 的孔段，说明720 m 高程以下仍然存在潜在的渗漏通道。

表1 下层廊道单注＞1000 kg/m、透水率＞50 Lu分地段分深度统计单注：kg/m；透水率：Lu

钻进过程中出现不返水，说明存在小型溶洞，另外，720 m 高程以上不同高程段均出现返水呈黄色、灰红色、灰黑色的泥质层和砂卵石层，钻孔取芯表明节理裂隙均较发育，720 m 高程以上裂隙多数无充填或半充填，充填物多为泥钙质，720 m 高程以下大多数裂隙被方解石脉完全充填。由于库区岩溶现象较为发育，库区渗漏较为严重，且不满足水利水电工程对帷幕防渗的要求，因此对库区进行帷幕灌浆处理是十分必要的。工程勘测设计单位在第一期帷幕灌浆的基础上，结合有关的规范、咨询会议文件，通过在下层廊道溶塌体段进行灌浆试验，证明了灌浆处理库区渗漏的可行性，得出了较为合理的灌浆施工参数，并根据灌浆试验报告提交了上下层廊道及堵洞体段帷幕灌浆设计。

针对岩溶区坝基渗透稳定问题，通过查阅水利和水电工程有关文献的岩溶渗漏案例发现[1-3]，在喀斯特地貌区，地表水会通过地下的可溶岩溶洞不断下渗，一方面造成地表水的缓慢枯竭，另一方面由于地表水长期下渗，地下溶洞将持续扩大[4]。解决好地质渗透问题，保障水库具有正常的调蓄能力，确保水库不再渗漏是水库建设的重中之重[5]。水库坝基岩溶渗漏处置与控制不当，造成蓄水后再进行补灌，在设计施工技术问题难度大的同时还增加了巨大工程投资成本[6]。已有研究实例表明，帷幕灌浆工程完工后，不仅可有效提高水库的防洪和灌溉能力，消除水库安全隐患，改善水库的管理条件，还将进一步保障水库应有综合效益的发挥[7，8]。因此，在蓄水前进行科学合理的帷幕灌浆防渗处理，意义十分重大。

2 灌浆布置及防渗标准

2.1 平面布置

该水库沿下游排帷幕线向南端延伸至桩号0＋139.2，共计10 孔，孔距2.8 m，用于处理3＃溶洞的影响带。桩号0＋98.4—0+139.2为单排孔，布置于廊道轴线上并在桩号0＋131.1 处渐变至下游排帷幕，此单排孔与原灌浆帷幕相连，如此便形成了下层廊道连续帷幕，桩号0＋98.4—0+106.8孔距为2.8 m、共计4孔，桩号0＋106.8—139.2孔距为2.7 m、共计11孔。

2.2 帷幕深度

根据廊道帷幕灌浆孔平面、剖面图布置，设计帷幕灌浆底界高程为720 m。实际施工过程中，钻孔深度主要根据下列原则确定：①孔深＝孔口高程-灌浆底界；②灌浆孔达到设计孔深，且同时具备以下2 个条件方可终孔：钻孔底部连续两段灌前的透水率＜5 Lu；钻孔底部连续两段吸灰率＜100 kg/m。下游排帷幕钻孔孔深一般为80 m，最大孔深为91 m。根据下游排钻孔的灌前压水透水率的大小和灌注情况，经设计方综合考虑并优化，把上游排Ⅱ、Ⅲ序孔灌浆底界提高至740 m 高程，每孔深度优化20 m，优化出的工程量用于处理3＃溶洞破碎带，Ⅰ序孔保持设计深度不变，钻至灌浆底界720 m 高程。桩号0＋098.4—0+106.8钻孔深度统一为65.5 m，灌浆底界高程为735.0 m。

2.3 防渗标准

因钛辉辉长辉绿岩隔水层深埋或远离堵洞体，根据枢纽区岩溶发育特点和揭露的地质条件，采用悬挂式半封闭帷幕进行灌浆防渗处理。帷幕设计防渗标准为透水率≤5.0 Lu。

3 灌浆效果分析

3.1 灌浆质量检查

严格按照规范和施工技术要求施工，并对重点地段加强处理，施工中，如遇特殊情况，配合参加各方现场协商，相应采取合适处理方案，保证灌浆质量。上层廊道施工过程中，覆盖层段Ⅲ序孔钻进过程中，发现大量的脉状、树枝状、柱状水泥结石切割充填，与土层胶结紧密，共成一体，基岩Ⅱ、Ⅲ序孔段发现大量的水泥浆或水泥砂浆结石呈脉状、柱状充填，脉厚0.2～5 cm，反映出随着排孔序的加密，浆脉逐渐加厚，裂隙逐渐充填密实，灌浆效果显著、良好。施工中，严格实行单孔单段验收制度。各施工流程由甲方代表、监理全程监督并签字认可，前一道工序合格后方能进入下一道工序施工。每一灌浆孔结束后，及时做好灌浆资料的整理工作，并作资料分析，以指导下一步施工，确保灌浆质量。每一单元灌浆结束后，及时填写单元工程质量验收单，并按单元工程质量评定标准，分析评价单元工程质量，报甲方质检、监理审议签字认可。灌浆结束14 d后，通过钻设检查孔，采取岩芯，编录和照相，进行压、注水试验，根据透水率的大小和岩芯中浆液结石的充填情况等指标，综合全面评价灌浆质量。

3.2 效果分析

通过对各排孔、各序孔原始资料进行统计分析，根据是否符合灌浆规律来分析评价灌浆质量。遵循“没有比较就没有鉴别”的原则，双排孔先钻灌下游排，后钻灌上游排；每排孔先钻灌Ⅰ序孔，后钻灌Ⅱ序孔，再钻灌Ⅲ序孔逐渐加密施工。根据透水率与单位注入量是否存在随排孔序的增加而有规律性地随之递减的特点来评价灌浆效果。

3.2.1 检查孔布置与施工

检查孔的孔数为灌浆总孔数的10%，具体布置由参加各方根据帷幕灌浆孔的实际施工情况并结合以下因素研究决定：帷幕中心线上；岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位；注入量大的孔段附近；钻孔偏斜过大，灌浆情况不正常以及经分析资料认为对帷幕灌浆质量有影响的部位。共计布置灌浆孔15 孔，其中下层廊道（桩号0＋98.4—0+245.6）7孔、上层廊道（桩号0＋157—0+232.6）5 孔、堵洞体段3孔。每一单元至少布置1个检查孔，全面反映灌浆质量。

根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-2014）规范的要求，上层廊道覆盖层段检查采用注水试验，注水水头与孔口持平；基岩段采用单点法压水试验，最大孔口压水压力1.0 MPa，每5 min计读1 次流量，当流量满足以下二者之一（①连续4次读数最大值与最小值之差小于最终值的10%；②连续4 次读数最大值与最小值之差小于1.0 L/min）时，可结束试验并记录数值。

3.2.2 观察岩芯浆液充填情况

检查孔全部采取岩芯，并钻箱编录和拍照。下层廊道由于受裂隙的发育情况、方位展布、钻进工艺等因素的影响，水泥浆液沿上下游的方向扩散，细小的水泥结石受到钻进研磨破坏，故下层廊道检查孔内只可见到少量的水泥浆液结石。而上层廊道岩溶现象较下层廊道发育，故上层廊道检查孔可大量见到水泥或水泥砂浆结石，或以团块状、柱状、树枝状充填胶结，或依附裂隙面，或以脉状穿插于黏土或岩石裂隙之中。

3.2.3 检查孔压水试验成果分析

检查孔压水试验，是目前检验灌浆效果和评价帷幕防渗质量标准最主要的方法。通过15 个检查孔、237 段压水试验成果对比发现，透水率最大值3.7 Lu、最小值0.0074 Lu、平均值0.435 Lu。其中，透水率＜1.0 Lu 的有213 段，占总段数的89.9%；1～3 Lu 的有22 段，占总段数的9.3%；3.0～5.0 Lu 的有2段，仅占总段数的0.8%。也就是说，透水率＜3.0 Lu的段数占总段数的99.2%，剩余的0.8%也在设计规定的帷幕防渗标准范围内。从检查孔压水试验成果分析看，灌浆效果是优良的。

3.2.4 具体灌浆效果分析

在孔排距、灌浆材料及灌浆压力选择合理的情况下，参与施工的人员具备一定技术素质和施工经验，施工过程中全面贯彻质量意识，使施工质量得到保证，灌浆效果是理想的。下文以上层廊道断层溶塌体段为例，依据各序孔灌前压水资料和灌浆资料，对灌浆效果进行分析。上层廊道断层溶塌体段各排孔各序孔透水率和单位注入量，详见表2。

表2 上层廊道断层溶塌体段各排孔各序孔透水率和单位注入量对比

（1）下游排。Ⅱ序孔比Ⅰ序孔透水率增加6.3%，单位注入量减少39.9%。Ⅲ序孔比Ⅱ序孔透水率减少76.9%，单位注入量减少52.4%。Ⅲ序孔比Ⅰ序孔透水率减少75.4%，单位注入量减少71.4%。

（2）上游排。Ⅱ序孔比Ⅰ序孔透水率减少53.2%，单位注入量减少31.6%。Ⅲ序孔比Ⅱ序孔透水率微弱增加2.3%，单位注入量减少24.1%。Ⅲ序孔比Ⅰ序孔透水率减少52.1%，单位注入量减少48.1%。

从以上统计数据可得出，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位注入量呈现有规律的递减，且Ⅲ序孔递减明显，这说明灌浆质量良好，而透水率有增加的现象主要是跟岩溶发育不均和软弱夹层的性质差异有关。

4 结语

针对云南省富宁县清华洞水库坝址岩溶渗漏的问题，进行帷幕防渗灌浆处理研究。通过帷幕、检查孔布置及施工，对灌浆后效果质量进行分析，采用透水率与单位注入量的变化规律来对帷幕灌浆效果进行评价发现，灌浆效果良好，可满足帷幕防渗的要求。