中梁水库防渗工程现场全过程设计与施工技术咨询

屈昌华，郭维祥

（中国水电工程顾问集团贵阳勘测设计研究院，550081，贵阳）

一、工程概况

中梁水电站枢纽工程由三级电站组成，其中一级电站为大宁河干流梯级开发的龙头电站，大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高118.50 m，总库容9 943万m3，三级电站总装机容量122 MW。

在喀斯特地区筑坝建库，水库渗漏是工程主要考虑的问题。中梁水电站枢纽一级电站水库 （中梁水库）区内两岸岸坡陡立，河谷深切。库区为近东西向的纵向谷，碳酸盐岩分布广泛，喀斯特地貌发育。水库右岸星溪沟切断了隔水层，存在明显的喀斯特渗漏问题，需要进行防渗漏处理。水库防渗漏处理成功与否直接关系整个枢纽的成败。为确保水库防渗漏处理的设计与施工质量，使水库按期发挥效益，很有必要在施工现场开展全过程水库防渗漏工程的设计与施工技术咨询工作。

二、咨询工作的主要内容

重庆水利投资集团委托中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，在中梁水库防渗工程施工阶段开展全过程设计与施工技术咨询工作。咨询工作的主要内容包括防渗漏处理底线与防渗漏处理标准咨询、协助业主审查施工过程中的重大设计变更，以及与参建各方需要在施工过程中共同解决的主要技术难题、施工质量、工期、投资控制，其中主要技术难题是协助业主方与设计方较为精确地判定溶洞边界，确定溶洞的处理方法，根据溶洞实际情况确定合理的灌浆处理方案和方法等。

咨询工作采用现场工作组与本部专家组共同参与的方式，充分利用中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院在国内喀斯特地区水库防渗漏勘测设计与处理方面的优势，以保证咨询工作质量，必要时邀请国内著名专家现场咨询与指导。

三、主要技术问题的咨询建议与效果

为防止中梁水库因右岸星溪沟切断库岸隔水层产生喀斯特渗漏，设计要求在渗漏部位采用高压水泥灌浆方法进行封堵。水库正常高水位625 m，高程以下渗漏段长度约335 m，深度 185～205 m，面积约 6.5 万 m2，分别在626 m、540 m高程设置了上、下层灌浆平洞；灌浆孔为三排孔布置，排距1.3 m，孔距 2.0 m。

1.水库成库条件复核分析

水库区出露地层主要为三叠系下统、二叠系与志留系地层，岩性主要有角砾岩、灰质白云岩、白云岩、页岩、灰岩、石英砂岩、泥岩，其中大隆组与大冶组中梁段为黑色薄层炭质页岩，组成水库边界的隔水地层（简称中梁隔水层）。区内地层受南北向挤压应力作用，形成一系列轴向近东西向的紧密线形褶皱，并伴有倒转现象，如天元背斜、中梁向斜等，地层走向 280°～300°/SW （NE）∠50°～85°，防渗区地处天元背斜倒转翼，岩层陡倾，倾角 65°～88°；区内断层不发育，裂隙主要发育有南北向、东西向两组，南北向裂隙节理密集成带发育，控制了区内南北向冲沟的形成；区内顺层发育了3条喀斯特管道，其中#1管道与水库渗漏相关，其余2条管道均远高于水库正常高水位。

根据相关资料复核分析后认为：①水库不存在邻谷渗漏；②水库不存在左岸顺层渗漏；③水库右岸坝前至星溪沟及星溪沟以上河段因有完整可靠“中梁隔水层”隔水不存在渗漏，但在星溪沟中梁隔水层由于在沟底出露高程低于水库正常蓄水位，水库蓄水后存在沿二叠系地层的渗漏，须进行防渗漏处理。

2.防渗漏底线确定

由于水库区岩层陡立，防渗帷幕下无隔水层依托，为一悬挂式帷幕，底线标准为q≤3Lu，设计原帷幕底线高程为455 m。因灌浆先导孔揭露的喀斯特发育底线高程至440～420 m，设计单位将防渗帷幕底线高程从原455 m整体降至440～420 m，增加帷幕灌浆（3排）进尺约1.3万m。

咨询认为，在喀斯特地区进行防渗漏处理，应有针对性和有效性，宜根据先导孔、灌浆孔等钻孔揭露的地质变化情况、喀斯特地貌发育情况、岩体透水率、投资比较等综合分析后作局部调整。为此，建议仅在防渗帷幕的下游排桩号 0+164～0+188 m、0+332～0+356 m、0+441～0+465 m （低水位区及喀斯特发育区）将帷幕底线降至440～420 m，下游排其他部位及上、中游排帷幕底线维持455 m高程（可根据灌浆孔的施工情况进行局部调整）。通过咨询优化，实际增加的工程量为设计变更工程量的1/2，在保证防渗效果的情况下缩短了工期并节省了投资。

3.防渗漏处理效果评价标准

水库防渗处理的作用实质上是防止库水渗漏，基于对水库地质条件与喀斯特地貌发育特点分析认为，应以《水力发电工程地质勘察规范（GB 50287—2006）》附录 B 喀斯特渗漏评价中的第B.0.5条的规定，结合防渗帷幕透水率设计值及其他计算方法（渗漏系数法）综合评价为宜。

通过对水库渗漏量计算及地质条件分析认为(评价标准)：在防渗帷幕透水率满足设计要求 （q≤3Lu）的条件下，其允许渗漏量不大于0.51 m3/s。

4.喀斯特溶洞处理方法

防渗线上揭露了各种类型的溶洞或强溶蚀区，包括充填（半充填）型溶洞、无充填型溶洞、有水（涌水）溶洞及充填型强溶蚀区等，是防渗线上处理的重点，关系帷幕防渗效果。

①对于无水、无充填型溶洞，建议以确保处理效果并兼顾投资经济（有效处理）为原则，处理前应查明溶洞的大小（发育方向）、顶底板高程、充填物、是否为管道等边界条件。对于一般溶洞，可采用钻孔回填细石混凝土、砂浆及灌注水泥浆等措施对溶洞进行封堵；对于喀斯特管道，可采用级配料充填或用碎石与细石混凝土交替回填，处理后7天再进行常规补强灌浆。

②对于充填型(半充填型)溶洞，建议采用综合处理措施，包括：利用灌浆孔查明溶洞规模（如溶洞顶底板高程等）、充填物性质；溶洞发育段的灌浆孔可不按序次施工，待通过溶洞后再按序次施工；溶洞充填物为黏土时取消简易压水；高压冲洗（最好采用风水联合冲洗或大泵量冲洗）、高喷冲洗、加密灌浆孔及限流、限压、间歇等综合措施；当灌浆孔在施工过程中相互串浆时，可采用高压冲洗置换为主、降压限量限流为辅助的处理措施。

③对于有水喀斯特管道，应查明喀斯特管道中水的动力特性，如流速、流量大小及流向等，对于大管道、大流速建议采用模袋堵漏；对于小型管道或窄缝状管道建议采用级配料充填、灌注膏状浆液及双液控制灌浆等措施进行处理。

④对于有涌水的溶洞，建议采用压力屏浆、闭浆、浓浆结束等措施处理。

以上建议措施在施工中得到应用，通过质量检查，其防渗标准满足设计要求。

5.大注入量灌浆段的处理方法

喀斯特地区帷幕灌浆施工过程中出现一些单位注入量大于500 kg/m的灌浆段是较为普遍的，根据其他工程经验建议采用以“低压、浓浆、限流、限量、间歇”等措施为主的综合处理法处理，主要包括：①限流标准为注入率小于15 L/min,限量灌浆干料为 2 t/m，间歇时间 24～36小时；②调整灌浆压力；③每个灌浆段可复灌几次，逐次提高灌浆压力，直至达到设计压力；④必要时可以缩短灌浆段长度为3 m；⑤为缩短待凝时间，每次复灌将近结束时可灌注速凝浆液。

通过处理后的施工质量检查，完全满足设计要求。

四、结 语

喀斯特地区水库防渗处理工程成功与否主要取决于前期勘测工作的精度及施工过程中采用的处理措施是否有针对性。通过中梁水电站枢纽一级电站水库防渗处理工程全过程设计与施工技术咨询，有以下几点体会：

①全过程参与设计与技术咨询模式不仅能保证咨询工作连续，而且能通过深入现场了解主要的技术问题，提出的技术方案更加切合工程实际，有利于及时解决技术问题。

②喀斯特地区防渗处理工程地质条件复杂，又属于隐蔽工程，施工难度及工程量大，咨询工作人员应具有丰富喀斯特地区工程经验，并驻现场与其他参建各方及时解决相应的技术问题，这是咨询工作的重点。

③咨询工作中要有针对性地利用国内外先进技术与工程经验，与业主、设计、施工等其他参建方充分研究，提出有针对性的咨询建议，不定期邀请国内专家到现场进行咨询，这是咨询工作的保证。

④喀斯特防渗处理设计与施工现场全过程技术咨询模式在国内不多见，无其他工程借鉴。业主的充分信任，设计、施工及监理等其他参建方的大力支持与配合是咨询工作的关键。

[1]中国水电工程顾问集团贵阳勘测设计研究院.重庆中梁水电站水库防渗工程设计咨询与现场技术服务总结工作报告[R].2009.

[2]李新明，屈昌华.基于喀斯特发育特点的中梁水库防渗标准探讨[J].中国水利，2011(2).

[3]中国水电工程顾问集团中南勘测设计研究院.大宁河中梁水电站初步设计报告(4工程地质)[R].2005.

[4]邹成杰.水利水电岩溶工程地质[M].北京：水利电力出版社,1994.