贵州喀斯特地质条件下某水库帷幕灌浆设计研究

杨利 王锦 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

1.工程概况

工程位于贵州省黔西南州，工程任务是以城乡供水为主，结合灌溉，兼顾发电等综合利用。水库库容约1.3×108m3工程为II等大（2）型工程，拦河大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高90m，泄洪系统采取坝身泄洪，设置有2个溢流表孔+1个泄流兼冲沙底孔。

坝址区地质岩性三叠系中统关岭组第三段薄至厚层灰岩，两坝线处于可溶岩发育区，上游两岸发育有1#、2#、4#等岩溶管道，左岸地下水位较低，右岸存在地下水低槽带，存在绕坝及坝基渗漏问题。

2.防渗初步研究与设计

本工程坝线处于可溶岩发育区，上游两岸发育有1#、2#、4#等岩溶管道，左岸地下水位较低，右岸存在地下水低槽带，存在绕坝及坝基渗漏问题，址区岩体主要为薄层至厚层灰岩夹少量泥页岩，易产生溶蚀现象，坝址无断层通过，坝基不存在管道性渗漏。

在坝址上游分布T2g2白云岩与泥页岩互层的相对隔水岩组，厚l00m，其中泥页岩厚度占55%，且无断层或大的裂隙切割，属良好的防渗隔水层，可充分利用T2g2层作大坝防渗依托。同时，河谷属于地下水补给型，地下水位有向两岸逐渐抬高的趋势。并且，为了截断左右岸岩溶渗漏通道，防止发生坝基渗漏和两岸绕坝渗漏，初步拟定防渗帷幕线采用折线方案，布置如下：

（1）左岸：沿N88°E方向向山内延伸30m，然后折向N25°E向上游截断5#、1#岩溶管道，帷幕端点接T2g2泥页岩隔水层。

（2）右岸：沿N80°W方向接右坝肩山顶，然后折向N42°W向上游截断2#、4#岩溶管道至上游泥灶冲沟垭口，进入T2g2后向N4°E方向折转，进入一定距离。

根据《混凝土拱坝设计规范》（SL 282-2018）规定，本电站大坝位于岩溶地区，根据大坝坝高拟定防渗标准为q＝3～5Lu。大坝左、右岸近坝区100m范围内防渗标准为q＝3Lu，其余部位按5Lu控制。河床段防渗帷幕设置深度暂按0.5倍坝高考虑，遇岩溶管道时须采取特殊防渗措施。

孔距、排距取决于浆液的有效扩散半径，由于岩体的不均一性，很难以理论公式计算其扩散半径。故孔、排距初步确定坝基及两坝肩部位为双排孔，孔距2.5m，排距1.0m；两岸山体视地质情况分别为双排孔与单排孔，双排孔孔距2.5m，排距1.0m；单排孔孔距2m，孔距、排距及河床段防渗帷幕深度合理性后期可根据现场帷幕灌浆试验进一步复核。

3.施工阶段灌浆试验

在施工图阶段，为进一步验证帷幕灌浆底线的合理性，灌浆方法在技术上的可行性与施工效果的可靠性，设置有帷幕灌浆现场试验区。

3.1 试验目的

（1）检验“孔口封闭灌浆法”在本工程的应用；

（2）进行不同孔距、排距灌浆孔的钻孔和帷幕灌浆施工，结合后期质量检测，确定适合本工程的灌浆孔距、排距，并根据本工程岩石的可灌性、浆液注入率等，确定合适的浆液水灰比；

（3）获取高压灌浆时混凝土与基岩接触面、底层、夹层抬动变形量，以确定最大灌浆压力；

（4）进行灌浆前物探钻孔、取芯、孔内录像、压水试验，和灌浆前、后物探声波CT测试。灌浆前物探钻孔、取芯、孔内录像、压水试验按地勘标准进行，以查明岩石性状，通过灌浆前后物探CT测试对比，结合帷幕检查压水试验，评估灌浆效果；

（5）根据工程区地质条件，试验区不同岩层的透水率、可灌性、浆液注入量等，检验拟定的帷幕底线的合理性。

3.2 灌浆试验区布置

拟定的防渗帷幕试验区位于大坝右岸近坝区范围内。结合地质分析和现场实际施工条件，试验区长度为15m。

3.3 灌浆材料与工艺

帷幕灌浆试验采用“孔口封闭灌浆法”，灌浆材料采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，灌浆试验的钻孔顺序为：物探测试孔→抬动监测孔→灌浆孔→检查孔，灌浆压力暂按表1控制。

3.4 试验成果

为确保帷幕灌浆试验有效，并能满足工程要求，需对帷幕灌浆试验成果进行评价，主要采取结合现场压水试验结果，灌后物探测试结果、现场的灌浆资料等方法对防渗帷幕灌浆试验效果进行综合性地分析。

检查孔压水检查方法如下：

（1）检查孔采用自上而下分段卡塞，每一段检查孔长度需保持与相邻灌浆孔段长一致；

（2）检查孔的压水试验采用三级压力、五个阶段的“五点法”进行。

（3）“五点法”压水试验压力中的三级压力分别取“单点法”压水试验压力的30%、60%和100%。

检查孔压水试验成果区间段数频率统计表见表2。

由表2可以看出：第三级压力下，检查孔布置的总数为4个，压水布置总段数56段；根据设计防渗保准的要求，需满足渗透率q≤3.0Lu的标准，由上表可得出，共有54段满足要求，帷幕试验的合格率为96.4%，不满足标准要求的共有2段。

4.试验总结

本工程特有的贵州灰岩地质条件下对本工程进行了防渗帷幕设计，结合现场帷幕灌浆试验验证本工程的防渗帷幕设计的合理性，其中：

（1）灌浆材料：基本本工程岩溶地质条件，P.O.42.5普通硅酸盐水泥作为帷幕灌浆材料能满足灌浆设计要求。

表1 帷幕灌浆试验灌浆压力控制表

表2 检查孔压水试验成果区间段数频率统计表

（2）孔排距：结合不同间排距的灌浆试验结果，建议实施过程中大坝坝基及坝区100m范围以外采用单排孔布置，孔距2.0m；

（3）灌浆方法和施工工艺：

对于第1段的灌浆方法采用纯压式灌浆，并在孔口埋设2m长的φ91mm孔口管；对于第2段采用“孔口封闭、自上而下分段、孔内循环”的综合式灌浆方法进行现场实际施工是合理的；

（4）灌浆压力：根据灌浆试验过程的压力第一段0.5MPa，第二段1.0MPa，第三段2.0MPa，第四段及以下各段3.0MPa是合理的；

5.结束语

通过本工程的防渗帷幕设计研究的成功案例，对贵州同等灰岩地质条件下类似坝高的水电水利工程防渗帷幕设计可起到一定的借鉴作用，其中：（1）帷幕轴线的布置可接至两端头相对隔水层，轴线可截断左右岸岩溶渗漏通道；（2）坝基防渗帷幕深度初步可拟定为大坝坝高的0.5倍；（3）两岸山体视地质情况可分别设双排孔与单排孔，双排孔孔距2.5m，排距1.0m，单排孔孔距2～2.5m；（4）灌浆压力可采用分段式，第一段0.5MPa，第二段1.0MPa，第三段2.0MPa，第四段及以下各段3.0MPa。