岩溶渗漏处理论文

浅谈通天河水库防渗堵漏灌浆经验——欧阳尔璘1.工程概况通天河一库系涪江水系小安溪河支流，枢纽工程位于大足县古龙乡白石村一社，是一座以灌溉兼场镇供水、防洪于一体的小(二)型水利工程，水库距古龙乡场镇3Km，有村级公路至水库库区，交通及电力比较方便。

水库坝址处河床底部高程为371.88m，坝址以上集雨面积5.41Km2，多年平均径流总量185.78 m3，总库容96.0万m3，正常库容69.2万m3，死库容13万m3，设计灌面3585亩，有效灌面2648亩。

受构造和岩性控制，流域范围呈现构造剥蚀与侵蚀堆积两种地貌景观。

地面高程376～630m，高差254m，为丘陵区向山区过度地带，区内河流及其支流河谷较开阔，多呈“U”型，河曲发育，第四系冲积物沿河流两岸分布，残坡积堆积于丘陵和槽地内。

从含水介质类型看，可将地下水分为基岩孔隙裂隙水和第四系松散堆积物孔隙水两类；从赋存状态看，可将地下水分为基岩孔隙裂隙潜水、基岩孔隙裂隙承压水和孔隙潜水两类。

基岩孔隙裂隙水赋存于砂岩、粉砂岩裂隙中，主要受大气降水的补给，局部河水补给，由于岩体介质透水性的不均一，部分地段表现出局部承压性，水量不丰。

孔隙潜水埋藏于第四系松散堆积层，水量不均一。

区域为构造稳定性较好的川中台拱区，基底差异运动微弱，盖层褶皱平缓，岩层产状近于水平。

主要断裂有华蓥山断裂带，为逆滑（右行）断裂，其总体呈北东南西向，走向NE50°，倾向南东，倾角75°，北起万源以南，经合川东南，向南延伸至宜宾一带，全长600余千米，大部分隐伏地下。

该断裂带以东为川东褶皱带，褶皱紧密，并伴有小断层；以西为川中褶皱带，褶皱平缓，两翼对称，断裂少见，裂隙不发育。

而工程区处于川中褶皱带内，无明显的断层，主要为宽缓的背、向斜，轴向北东，岩层倾角1°～5°。

据地震资料记载，坝址区外围强震区主要有松潘～龙门山强震区及马边强震区，距离枢纽区均在200km以外，对坝区影响小，其影响烈度为Ⅳ～Ⅴ度。

据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度VI度。

2.坝枢存在主要病险评述2.1病史左坝肩内坡侧有一直径为5m的圆形大坑，垂直深度达4m，这是由于坑底深处系石灰岩层溶洞所致，该大坑未回填整治。

1981年左坝肩(即现在1#落水洞)庇邻的库内岸坡漏水，水库管理所多次用黄泥粘土夯填封堵解决了临时漏水问题，后县水电局派员设计采用钢筋混凝土面板封堵，维持了几年的时间保证了水库能蓄满水。

从1993年起钢筋混凝士面板受溶洞发育扩展和相应水压力的作用而遭到破裂漏水，至今水库都蓄不上水。

2.2现场检查现状①2009年10月10日现场检查时库水位378.22m (比死水位低1.0m）,大坝坝顶杂草丛生，存在沉降变形及塌陷坑；左坝肩(即现在1#落水洞)庇邻的库内岸坡已塌陷损毁，左坝肩(即现在大圆坑)庇邻的库内岸坡漏水严重；左坝肩1#落水洞附近处遇到最大溶洞高约14 m、宽约30 m，溶洞埋深约18m。

在通天河水库内的明流出水点（在通天河水库二库上游，殷家堰与廖家坟之间的垭口处）与上游1#落水洞水平直线距离约300 m，垂直高差约35m。

管道状溶洞与通天河库水直接连通,在出水点形成明流小渠（现一库库水位已降至死水位以下，明流小渠未见水流）。

2.3通过勘察最后对病险论证枢纽区内地层较复杂，枢纽区三叠系下统嘉陵江组（T2l）薄至中厚层状灰岩、白云岩广布，间夹有少量砂、泥岩，上覆第四系黄色残积粘土层。

岩层产状300°∠47°，倾向左岸，倾角陡峻，倾斜多层状岩溶发育，左岸山体地下水除在近河谷区外,一般顺地层倾斜方向流动。

在原有的岩性、构造等地质条件下,由于碳酸盐岩溶蚀过程的不断进行而诱发的破坏现象, 存在有次生破坏的影响,主要是岩溶塌陷，在库左岸多见。

伴随着岩溶水流混合溶蚀作用,溶蚀作用强烈,岩溶出现明显的穿层发育现象。

尤其是在库左岸岩溶管道系统起伏转折部位或受裂隙切割的部位,岩体强度较弱,水流机械冲刷强烈,成为薄弱环节,易于产生塌陷破坏,沟通上下层岩溶系统。

因此本工程枢纽区工程地质条件差，存在库水绕左岸及左坝肩外流现象。

根据业主单位提供的中兵勘察设计研究院重庆分院《大足县通天河水库除险加固工程物探测试报告》，在通天河水库（一库）左坝肩及左岸存在着的厅堂式、管道状溶洞,是本水库漏水量最严重地段。

左坝肩1#落水洞附近处遇到最大溶洞高约15 m、宽约20 m，溶洞埋深约16～18m。

在通天河水库内的明流出水点（在通天河水库二库上游，殷家堰与廖家坟之间的垭口处）与上游1#落水洞水平直线距离约300 m，垂直高差约35m。

管道状溶洞与通天河库水直接连通,在出水点形成明流小渠（现一库库水位已降至死水位以下，明流小渠未见水流）。

渠宽约2.0m，深约1.0m，水库在雨季蓄水时，渠水能满流，可见水库渗漏严重。

3水库防渗设计要点对于多层状碳酸盐岩岩层,溶蚀作用主要发生在碳酸盐岩岩层中,在无构造切割破坏或次生塌陷破坏影响下,层间非碳酸盐岩层起着很好的隔水层作用,各碳酸盐岩层内岩溶系统独立发育,对水库防渗有利。

但是若由于存在构造切割或次生塌陷,破坏了隔水层,就会导致岩溶穿层发育,形成地质渗漏缺口,对水库防渗极为不利。

因此,对于这类地区的水库防渗设计,应重点关注以下几个方面:(1)需对层间非碳酸盐岩隔水层的厚度、岩体强度及构造切割情况进行详细研究分析,综合地质调查、钻孔勘探、地球物理勘探、示踪试验等多方面的资料,以求对库坝区隔水层的隔水性能有一个详细可靠的认识,查清各种可能的渗漏缺口或通道。

(2)由于层内岩溶发育的隐伏性,断裂切割或是层间塌陷破坏形成的地质缺口的确切位置、规模难以准确把握和实施工程处理,因此应对各种可能的地质缺口进行全面分析:那些分布高程较高、渗漏距离较远的缺口,一般不会造成太大的渗漏,可暂不做防渗设计;那些分布高程与库水位相当、渗漏距离较近的缺口,易引起严重渗漏,因此帷幕线路选择应最大程度地将其圈闭在防渗帷幕线之内,并填堵穿过帷幕的岩溶管道,切断库水外泻渗漏途径。

坝区的防渗设计主要针对左岸岩溶系统和左坝肩附近1#溶洞附近处的岩溶系统进行,兼顾其他方面需求,(3)对左坝肩附近1#溶洞岩溶管道采用石块、混凝土等进行封堵,并辅以帷幕灌浆措施尽可能地减少岩体裂隙溶隙渗漏量。

(4)对上坝洼地一带可能出现的渗漏问题,应围绕洼地周边设立防渗帷幕,其中AB段为裂隙型渗漏,防渗下限为T1j泥岩隔水层;BC段存在岩溶管道式渗漏,应对线路经过的岩溶管道加以填塞封堵,并沿线路进行帷幕灌浆处理,其防渗下限至下部T1j灰岩岩层中岩溶弱发育部位(钻孔压水试验小于5Lu)。

(5)其他部位带来较大渗漏的可能性很小,故暂无需防渗处理,但考虑到岩溶发育的极度复杂性,建议适当布置渗漏监测,根据监测结果做适度调整。

4.灌浆质量控制根据水库枢纽工程病险和防洪抢险的实际情况，本着既要防渗整治，又要尽量不或少破坏坝体结构、降低施工难度以及尽量节约工程造价的原则进行除险加固整治设计，最终达到“安全、经济、美观、实用”的整治目的。

大坝灌浆包括:大坝坝基、坝肩帷幕灌浆和坝体充填灌浆。

除了特殊情况下的特殊灌浆工艺和技术措施外,通天河水库帷幕灌浆均应严格按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T 5148-2001》的要求执行。

施工序次、造孔要求、压水试验、灌浆方法、灌浆压力、变浆原则、灌浆结束标准和封孔等,均应符合规范和设计要求。

通天河水库防渗堵漏灌浆应先进行试验性灌浆,采取边施工、边补充勘探、边调整灌浆方案的办法,灌勘结合,重点突破,及时监测,力求节约。

根据不同地段的岩溶渗漏特征,分析渗漏通道的位置及其与通天河中出水部位的联系,采取相应的堵漏措施。

主要采用防渗堵漏灌浆方法有“浆冲碎石、砂填洞法、一次高压花管式灌浆法、间歇引流封堵法、浓浆粗料低压限流灌注高压复灌法”等。

灌浆材料为纯水泥浆，水泥标号为32.5，结合库水渗漏的差异性先分三步整治方案：4.1遇到厅堂式溶洞，可采用大口径钻孔（直径0.8～1.0m），对于无充填物时，用浆冲碎石、砂填洞法灌，采用调制好的水灰比为2∶1的水泥浆液连同碎石、砂充填溶洞,在灌浆压力、浆液、水流以及灌浆材料自重的作用下,可将碎石和砂冲将溶洞堵塞，再用高压复灌，可使溶洞充填密实。

对于溶洞内夹有大量黄色粘土及碎石堆积层可用高压花管式灌浆法将栓塞塞在溶洞顶部的完整岩石中,栓塞以下接灌浆花管,花管上有6排小孔,呈梅花形分布,灌浆时使用较大的压力,使水泥浆从花管的孔中高压射出,与充填溶洞的粘土混合,凝结成密实的水泥粘土结石。

对于半充填的溶洞,用浆冲碎石、砂填洞法灌浆与一次高压花管式灌浆法结合使用,即先用前法将未充填部分的洞穴填满,再用后法灌注使之密实。

以上几种灌浆方法加上浓浆粗料低压限流灌注高压复灌法在天然溶洞崩塌体的防渗堵漏处理比较有效。

4.2水库左坝肩倾斜的多层状碳酸盐岩岩溶发育,为了堵塞这些通道,采用两排孔帷幕灌浆控制，排距1.2m，孔距均为2.0m，帷幕灌浆应先灌下游排，后灌上游排，灌浆分三序施工，灌浆方式采用自下而上分段灌注。

所有钻孔均深入基岩相对不透水层(Lu≤5)以下5.0m，施工时应通过先导孔压水试验进一步核实相对不透水层的界线。

4.3水库右坝段由相对完整的灰岩组成，岩体透水性相对较小，采用单排孔帷幕灌浆控制，孔距为 2.0m，灌浆分三序施工，灌浆方式采用自下而上分段灌注。

所有钻孔均深入基岩相对不透水层(Lu≤5)以下5.0m。

通天河水库防渗堵漏灌浆结束后，坝址地下水位明显上升，在通天河水库二库上游，殷家堰与廖家坟之间的垭口处未再发现明流出水点，水库防渗堵漏初见成效。

5讨论总结通天河水库防渗堵漏灌浆技术,是在工程设计和施工中不断探索、创造、试验、引进、总结出的独特的防渗堵漏灌浆新技术,它的主要特点有:(1)根据不同地段的岩溶渗漏特征,分析渗漏通道的位置及其与大龙洞中出水部位的联系,采取相应的堵漏措施。

(2)先进行试验性灌浆,采取边施工、边补充勘探、边调整灌浆方案的办法,灌勘结合,重点突破,及时监测,力求节约。

(3)对浆液的耐久性、抗渗性、可灌性和结石强度进行了大量试验研究,并引进国内先进的制浆技术,制成了稳定性、耐久性、抗渗性、可灌性均好的浆液,保证了帷幕的质量。

(4)独创了堵塞厅堂式、管道式溶洞的灌浆新方法,有“引滤反堵灌浆法”、“平压过滤反堵灌浆法”、“通道追源灌浆法”等。

(5)采用已有的防渗堵漏灌浆的先进方法,有“浆冲碎石、砂填洞法、一次高压花管式灌浆法、间歇引流封堵法、浓浆粗料低压限流灌注高压复灌法”等。

(6)此灌浆技术可在水库蓄水运行的情况下施工,不必放空水库,保证了施工期的发电和灌溉。