隘口水库岩溶发育区防渗处理技术与应用措施

屈昌华，郭维祥，昝廷东，夏明星

（1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵阳 550081；2.重庆长兴水利水电有限公司，重庆 409900）

隘口水库岩溶发育区防渗处理技术与应用措施

屈昌华1，郭维祥1，昝廷东1，夏明星2

（1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵阳 550081；2.重庆长兴水利水电有限公司，重庆 409900）

针对隘口水库坝址区地质条件和岩溶特点进行了详细分析，提出了岩溶发育分区建议指标和防渗处理方法，即以高压水泥灌浆为主，其他方法为辅的综合灌浆技术。通过在隘口水库工程中运用此技术，取得了良好的效果，为岩溶地区水利水电工程防渗堵漏处理提供了一种新的思路和方法。

隘口水库；岩溶发育区；防渗处理技术；研究；应用

1 工程概况

隘口水库位于重庆市秀山隘口镇上游1.5km的平江河上，水库设计正常蓄水位544.45m，总库容3580m3，大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，设计最大坝高86.2m，总灌溉面积1.34万hm2，是1座以灌溉、防洪为主并兼顾供水、发电等综合效益的中型水利工程。

隘口水库岩溶极其发育，为防止库水通过溶洞、岩溶管道及溶蚀裂隙渗漏影响水库效益，设置了总长1383m的防渗帷幕，主要采用高压水泥灌浆（分为左右岸，上、下3层灌浆平洞施工及河床基础廊道），施工过程中由于只采用了单一的常规灌浆工艺，效果较差，且工效低、灌浆材料消耗大，难以达到防治处理工程目的。通过对坝址区岩溶地质条件分析，建议先利用灌浆先导孔及物探方法查明岩溶发育情况，再针对不同岩溶发育区采用不同的多种灌浆措施进行处理，取得了较好效果，并具有工艺简单、功效高、成本低等优点。

2 地质条件［1］

2.1 地层岩性

坝址区及防渗线地层主要为寒武系上统（∈3）与奥陶系下统（O1）地层，以灰岩、白云岩为主，局部夹页岩。

2.2 地质构造

岩层走向N50°～80°E/NW∠28°～35°，由于坝址区地质构造位于钟灵复式背斜与平阳盖向斜交接部位，地层受构造运动破坏大，结构面发育，与右岸溶洞群相关的断层主要有F2、f4、F13等。

2.3 水文地质

坝址地下水位高于河水位，为地下水补给河水，其中右岸地下水主要为上沱、坑沱、王家坟洼地的地表水、地下水补给平江河（地下水运动方向是由东向西补给的）。地下水类型主要为河床砂卵砾石孔隙水及基岩岩溶水（岩溶水又分为暗河及岩溶泉水）。右岸溶洞群所处岩体的透水率（q）以大于50Lu为主。

3 防渗线岩溶特点与岩溶发育分区［2-3］

3.1 岩溶发育特点

为进一步查明防渗线上岩溶发育情况，采用了先导孔钻孔与物探（电磁波CT、EH4等）相结合的综合勘察方法，通过对勘察成果分析，隘口水库防渗线岩溶发育具有以下特点：

（1）顺构造方向（走向或倾向）发育，如河床，其溶洞长轴方向与地层倾向及f4断层倾向基本一致，呈多层状分布。

（2）岩溶发育与地层密切相关，岩性是岩溶发育的基础，如果岩石CaO含量愈高，层厚、连续性好，岩溶发育愈强烈；而不溶物及MgO含量与岩溶发育成反比。防渗线上寒武系地层二叠系地层质纯层厚（特别是毛田组∈3m），溶蚀作用强烈，岩溶发育，如河床段、右岸的K5、K6等溶洞；其他地层岩溶发育程度较弱。

（3）岩溶类型主要为溶洞或管道（如右岸的K6、K5，左岸的KW7、KW8、河床的多层溶洞等）及强溶蚀区（如右岸），以充填型或半充填型溶洞及溶隙为主，充填物主要为粘土、粘土夹砂、溶塌块石等。

（4）岩溶发育部位主要集中在河床及右岸桩号0+230以前。

（5）河床岩溶一般（主要）发育高程集中在380m以上，最低发育高各达280～290m，说明河床段深部岩溶发育。右岸：桩号0+000.0～0+230.0，岩溶一般（主要）发育高程集中在450m以上，其他部位发育主要在500m高程以上；左岸：除KW7、KW8岩溶管道（高程485m以上）外，仅在其他部位零星发育，高程主要在520m高程以上。

（6）防渗线岩溶发育具有不均一性，在河床及右岸部分地段岩溶发育，而其他部位则多为裂隙或溶蚀裂隙，岩溶不甚发育。

3.2 岩溶发育分区

3.2.1 建议指标

鉴于现行水利水电工程勘察规范无岩溶发育程度的定量分区指标，根据原地矿部DZT0060—1993《岩溶地区工程地质调查规程》［4］中的相关规定，结合隘口水库各种岩溶定量指标的综合统计分析，建议隘口水库防渗线岩溶发育程度定量指标，如表1所示。

表1 隘口水库防渗线岩溶发育程度分区建议指标单位：%

3.2.2 岩溶发育分区

按表1中的分区指标，隘口水库防渗线岩溶可分为以下强、中等、弱3个岩溶发育区。

（1）强岩溶发育区分布在防渗线上桩号分别下灌左0+010.90～上灌右0+176.5及上灌右0+296.5～上灌右0+392.5。其灌浆先导孔平均线岩溶率为33.02%，平均遇洞率达65%，面岩溶率为13.12%。

（2）中等岩溶发育区分布桩号为上灌右0+440.5～上灌右0+560.5，其灌浆先导孔平均线岩溶率为4.86%，平均遇洞率达40%，面岩溶率为5.81%。

（3）弱岩溶发育区除强、中等岩溶发育区外的区域，其灌浆先导孔平均线岩溶率为3.7%，平均遇洞率达8.1%，面岩溶率0.88%。

4 防渗处理原则

岩溶发育区的水利水电工程防渗要达到的工程目的就是要防止库水沿溶洞、岩溶管道或溶蚀裂隙渗漏，方法以设置高压（压力＞3MPa）水泥灌浆帷幕为主，其处理原则：①查明地质情况，特别是要查明断层、裂隙、破碎岩体等地质缺陷及岩溶发育情况后，有针对性地选用有效的方法或工艺、适合的灌浆材料；②在有代表性的地段进行帷幕灌浆试验，为防渗帷幕设计提供合理的技术参数（如孔排距、灌浆压力等）；③根据已查明的地质条件和灌浆试验成果进行帷幕设计，适当选择防渗线的方向、长度、帷幕深度及灌浆参数，将水库渗漏量控制在最小程度或规范允许程度为标准；④根据灌浆钻孔揭露新的地质情况对设计参数进行修正，对于处理效果较差的灌浆工艺应分析原因，选用更为适合有效的灌浆工艺和灌浆材料；⑤在选择帷幕方案时既要考虑防渗效果，同时还应充分考虑到经济因素，力争做到“效果好，又经济”；⑥施工前应设置帷幕灌浆，先导孔，利用钻孔、物探、水文地质试验等手段查明岩溶的各种边界条件，如类型、规模、方向及充填物性状等。

5 综合灌浆方法与适用条件［2，5］

5.1 基本灌浆方法

岩溶地区水库防渗帷幕灌浆就是利用钻孔并施以一定压力把各种浆液灌入岩体溶洞、溶蚀裂隙及裂隙孔隙中，形成阻水幕，从而达到水库防渗堵漏的灌浆，基本方法包括纯压式灌浆、循环式灌浆、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法、孔口封闭灌浆法、高压灌浆（＞3MPa）、中低压灌浆（＜3MPa）、水泥灌浆与其他材料灌浆等。

5.2 岩溶强发育区帷幕灌浆综合措施（方法）与适用条件

（1）压力冲洗或压力置换与水泥灌浆的特殊处理措施（如限压、限流、限量、间歇措施）结合法，此方法适用于充填粘土夹砂为主的溶洞或溶蚀裂隙。

（2）逐级升压、加密灌浆孔与高压水泥灌浆结合法，此方法适用于较大的充填型溶裂隙或充填型小型溶洞（小型管道）。

（3）级配料充填与水泥灌浆液或水泥水玻璃浆液或双液灌浆组合法，适用于小型及中型规模无充填溶洞、有水但流速小的溶洞。

（4）不同掺砂比（逐级）的水泥砂浆与水泥灌浆组合法，适用于规模较小的无充填型岩溶管道或溶蚀裂隙。

（5）扩孔回填细石混凝土或自密石混凝土，或碎石与混凝土交替回填后进行高压水泥灌浆，此方法适用于规模较大的无充填型溶洞或岩溶管道。

（6）工序调整法，即按规范中的特殊情况调整施工序次，通过溶洞后再按设计要求的序次施工，适用于规模较大的强溶蚀区。

（7）当深岩溶发育且在灌浆孔施工过程中相互串浆的地段，可采用浓水泥浆或水泥砂浆置换后，再进行高压水泥灌浆。

（8）对于有高流速的岩溶管道，可先采用模袋灌浆进行封堵，再进行水泥灌浆。

6 隘口水库岩溶发育区防渗综合处理技术［3，5-7］

6.1 基本工艺及灌浆参数

6.1.1 防渗处理的基本方法

采用高压水泥灌浆法，即利用钻孔并施以一定压力把各种浆液灌入岩体溶洞、溶蚀裂隙及裂隙孔隙中，形成阻水帷幕，从而达到水库防渗堵漏目的。隘口水库帷幕灌浆的基本工艺为“孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆”工艺。

6.1.2 灌浆参数

隘口水库防渗处理在左、右岸不同高程设置了3层灌浆平洞（平洞间采用搭接帷幕连接），在大坝内设置基础灌浆廊道，其中基础廊道设为了3排灌浆孔，排距1.2m，孔距2.0m，采用梅花型布孔，最大孔深190m，分3道工序施工，其他部位采用单、双排孔布置，孔、排距同基础廊道；主要采用水泥浆及水泥粉煤灰灌浆，最大灌浆压力3.5MPa。防渗处理透水率q≤5Lu。

6.2 防渗综合处理（灌浆）技术

由于隘口水库防渗线上岩溶发育区，特别是河床段及右岸部份地段岩溶强烈发育，按常规高压水泥灌浆施工难以达到工程目的，建议采用有针对性的综合措施（方法）进行处理。

6.2.1 基本地质情况及主要问题

（2）施工过程存在的主要问题。本段在施工过程中存在的主要问题就是下游排Ⅰ孔均存在涌水（实测涌水压力为0.51～0.87MPa）；多个灌浆孔在孔深40～50m、90～120m灌浆时串浆；灌浆压力很难达到设计要求的3.5MPa，且重复灌注次数多（试验区个别灌浆段重复灌注入达20次以上）、单位注入量大，其平均单位注入量高达1.5t/m以上（帷幕灌浆试验区）。

6.2.2 主要处理措施

（1）对于涌水孔，采用适当增加灌浆压力、限量（2t/m）、在限量标准不变的情况下适当提高设计灌浆注入率（30L/min）至40～45L/min、灌注水泥水玻璃浆，每个涌水灌孔段均应采用4～8h闭浆等措施（方法）。

（2）对于灌浆孔遇到充填型溶洞，先利用高压力（5～6MPa）、大流量冲洗，或风水联合冲洗，或使用高喷装置冲洗干净（返水清净）后再进行灌浆待凝，再扫孔复灌；对于充填物较厚且以粉、细砂为主的溶洞，先直接进行高喷（单管法）处理后待凝24h，再扫孔复灌。

（3）对于灌浆孔间遇到充填型溶洞且又串孔，主要采用压力置换方法处理，即在A孔施压（浓水泥浆或水泥砂浆），B孔“出泥”，直到B孔挤出浓水泥浆或水泥砂浆后A、B孔同时闭浆凝，再扫孔复灌。

（4）对于溶蚀裂隙密集带，由于注入量大、灌浆时间长且又难以达到设计要求的结束标准（包括压力），故采取的处理措施：①低压、浓浆、限流、限量、间歇措施，其中限流标准为注入率＜15L/min，限量干料（水泥）为2t/m，间歇时间为8～36h；②分排分段升压，即调整上下游排灌浆压力调整为2MPa，中间排2.5～3.5MPa，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；③每次复灌，当灌注材料已达限量时停灌或当灌浆压力升到此次预定的灌浆压力时停灌；④缩短灌浆段长度为3m；⑤灌注速凝浆液，即每次复灌将近结束时可灌注速凝浆液（如水泥-水玻璃浆）；⑥灌注水泥-粉煤灰浆液等。

6.2.3 处理效果

施工完成后的处理效果：①布置了6个施工质量检查孔，压水试验166段，透水率区间值为1.68～4.71Lu，平均值为3.29Lu，均满足防渗标准（q≤5Lu）；②通过检查孔取芯情况，岩芯较为完整，见水泥结石；③本段相近的位置进行了大功率波CT测试，处理前本区岩溶发育孔段的声波值以小于1800m/s为主，处理后原岩溶发育孔段的声波值则以大于2000m/s为主，满足设计要求值（≥1800m/s），效果良好。

7 结语

（1）岩溶发育区工程防渗处理的总体处理方案必须制定在施工前的各阶段查明的岩溶发育基础上，才能达到预期的工程目的。

（2）利用灌浆先导孔与物探手段进一步查明防渗线的岩溶发育程度指标，并进行岩溶发育分区并采用相应的多种方法（综合方法）进行处理，可节省投资、缩短工期，具有十分重要的意义。

（3）鉴于水利水电工程目前就岩溶发育程度指标无统一的标准，通过对隘口水库岩溶发育程度的研究，提出了相应的定量参考指标。

（4）针对国内岩溶发育区防渗处理没有固定的方法，特别是强岩溶发育区、深岩溶的有效处理方法，因地制宜地应用多种处理措施进行综合处理，取得良好防渗处理效果，为强岩溶发育区及深部岩溶处理提供了新思路。

［1］重庆市水利水电建筑勘测设计研究院.重庆秀山县隘口水库初步设计报告（工程地质）［R］.2003.

［2］中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院.重庆秀山县隘口水库防渗处理工程现场技术咨询年度工作总结报告［R］. 2010.

［3］中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院.重庆秀山县隘口水库防渗处理工程现场技术咨询年度工作总结报告［R］. 2011.

［4］DZ0060—93，岩溶地区工程地质调查规程［S］.

［5］屈昌华，郭维祥.中梁水库防渗工程现场全过程设计与施工技术咨询［J］.中国水利，2011（22）:30-31.

［6］屈昌华，昝廷东，周树灯.基于喀斯特发育区的中梁水库组合灌浆技术探讨［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（4）:49-51.

［7］中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院.重庆中梁水电站水库防渗处理工程设计咨询与现场技术咨询服务工作总结报告［R］.2010.

Research and Application of Anti-seepage Treatment Technology in Aikou Reservoir’s Karst Development Area

QU Chang-hua1，GUO Wei-xiang1，ZAN Ting-dong1，XIA Ming-xing2
（1.HydroChina Guiyang Engineering Corporation，Guiyang 550081，China；
2.Chongqing Changxing Water Resources and Hydropower Co.，Ltd，Chongqing 409900，China）

According to analyze the Aikou dam site geological condition and the karst characteristics detailedly，put forward the karst development division indexes and anti-seepage treatment methods，namely the high pressure grouting primarily and other methods auxiliary.Introduce the comprehensive grouting technology processing principle and the applicable conditions detailedly.A good result have achieved through the Aikou reservoir engineering using this technology.It’s provide a new train of thought and method for karst region of the water conservancy and hydropower engineering.

Aikou reservoir；karst development area；anti-seepage treatment technology；research；application

TV543

A

1672-9900（2013）01-0059-04

2012-10-29

屈昌华（1964-），男（汉族），四川广安人，高级工程师，主要从事水利水电勘测、设计及基础处理施工与咨询工作，（Tel）18985191068。