中梁一级电站库区岩溶防渗灌浆方法研究与应用
彭第'，王伟”
（1.长春工程学院岩土工程研宽所，吉林长春130021：2.中国水电基础工程局有限公明，天津301700）
[换要】针对中梁一级电站库区防渗T程中充填和半充填溶洞，采用了高压喷射置换和高压冲洗置换溶润内充填物再灌案的两种处理方案，通过取芯和压水试验检查，溶润内的充填物得到有效置换，且透水率满足设计防渗要求.
[关键词]水电站：岩溶：灌浆：高压喷射：高压冲洗
[中图分类号]TV441.1 [文献标识码]A
[文章编号］1002-8498（2012)03-0101-04
Research and Application on Karst Anti-seepage Grouting Method in ReservoirAreaof Zhongliang Grade1HydropowerStation
Peng Di' Wang Wei( 1. Inti f Geicl EngisringCgh stie Tely Chh in130021 Chin;2. Sinoflydro Foundation Engineering Co. Lad. Tianjin 301700 China)
Abstract: Aiming at the fille and semi-filled caves in anti-seepage engineering in reservoir area ofZhongliang No. 1 hydropower station the high presure spraying and high pressure washing wereemployed to permute the flled material in caves and regrout the caves. Through the examination of corepermeability satisfied the requirement of anti-seepage design. drilling and packer permeability test the filled material in caves were effeetively permuted and the
Key words hydroelectric power station; karst; grouting: high pressure spraying : high pressure washing
能正常运行.枯水期基本处于无水停发状态.因此，岩溶防渗对于水库运行具有重要的意义.由于 岩溶地区地质条件极其复杂，常规的灌浆往往不能类效，采取合适的灌浆方法和处理措施是岩溶地区幕灌浆成功的关键”.如海子水库坝基虽经防坝下游海子村地面沼泽化，河床中有涌沙现象. 涉处理，但唯幕灌浆效果不佳，渗漏仍较严重，引起
题，是影响水库能否正常运行的关键.云南省的金石坝、左岸岸边溢洪道、左岸输水放空隧润、右岸引 岩溶渗漏是在岩溶区修建水库普遍关注的间开发，属Ⅲ等中型工程，工程枢组由混凝土面板堆殿水库，因岩溶渗漏而成为干库.广西省拔贾水电水隧润、地下厂房及开关站等组成.混凝土面板堆站坝基产生严重涉漏，最大漏水量23m/s.电站不石坝最低基面高程512.00m，坝顶高程630.50m，最大坝高118.5m，坝顶长243.0m，宽8.0m，上、下游坝坡均为1:1.4.水库正常蓄水位为625.0m，相应 库容为9300万m'，总库客9859万m²，调节库容6730万m”，具有年调节能力.水库防渗工程防渗轴线位于坝址上游6.4km的星溪沟下游约200m处，平行于星溪沟布置.
2工程地质条件
1工程概况
280°-285°.倾向SW，倾角65°-88°.背斜核部地 防渗区位于天元背斜北翼（倒转翼），岩层走向层为志留系砂页岩，南翼岩层倾向SW，倾角约45°.防渗不涉及南翼地层.防渗勘探润（PD，号平洞）近垂直，洞深552m，润内各段勘探地质情况分述 洞口高程626.20m，洞向约189°，与河岸及岩层走向如下.
中梁水电站位于重庆市巫溪县境内大宁河干流西溪河上.中梁一级电站坝址位于中梁乡青岩润桥上游约200.0m处，距巫溪县城49.0km.坝址控 制流域面积525km²，多年平均流量17.1m/s，多年平均径流量5.39亿m.中梁一级电站采用水库式
1)0~80.0m三叠系大冶组T-T灰色薄层灰岩夹泥质条带灰岩.因岸边岩体发生卸街，岩层
117m为"中梁段”灰至深灰色薄层泥质灰岩与页岩互层，无溶蚀现象，洞壁有滴水：117~137m为大隆组黑色薄层钙质页岩、炭质页岩.岩层倾角67°，在 129.5m下游洞壁上有一出水点，流量约0.5-11/s.130m处地下水位在607.00m以上.该段地层为水库防渗北端接头.
3）137.0~487.0m为漏水的二叠系地层，本段应为灌浆防渗重点.
4)137.0~217.5m为长兴组与吴家坪组灰色厚层含爆石灰岩，底部王坡段为3m黑色炭质页岩、铝土岩夹煤层.岩层倾角由67°逐渐过渡到80°，倾25°，倾向NW，倾角85°）发育一扁平溶洞，宽0.5~ 向SW.平洞据露2个溶洞：137m处沿裂隙（走向1m，长3m.高约10m，洞中充填有蜂窝状次生黄泥；165m处有一顺层面的溶蚀带，宽度1m，为次生黄泥包碎块石全充填，块径5~15cm，黄泥呈软塑状态，本段及两侧交界处应为溶洞处理重点.
5）217.5~369.0m为中统茅口组浅灰、灰黑色厚至巨厚层灰岩，易溶蚀.在363m发育有逆冲断层F ，走向275°.倾向NE，倾角45°-55°，破碎带宽度约1.5m，上盘完整，下盘挤压破碑，并有泥质物 充填.该段岩溶发育，281.6~283.7m下游洞壁可见扁平式落水润，长（垂直于平洞，沿岩层走向）约5m，宽约2.5m，高约30m，洞壁有灰华，较光滑.洞下游壁可见宽约2-5cm的缝察.286.0~293.0m段上游壁及洞顶发育有全充填溶洞，宽度可达1m， 黄泥充填密实，裹有磨圆度极好的卵砾石，粒径0.5~5cm.本段应为灌浆及溶洞处理重点部位.
6)369.0-487.0m为中统栖霞组深灰、灰黑398.400.402.5.486.5m夹有30~100cm厚的炭质 色中厚层至巨厚层灰岩夹炭质页岩.在洞深370，页岩.走向280°~310°，倾向NE，倾角60°~70°的节理非常发育，充方解石脉.该段岩溶发育比茅口组地层弱，多处洞壁有滴水现象.本段应为灌浆重点.
7）487.0~552.0m为非岩溶的不透水地层，490.0m处ZKm孔深120.20m，全孔段压水试验透水率都小于1Lu，地下水位612.70m；洞深548.5m处ZK孔深120.10m，压水试验透水率都小于1Lu，地下水位608.90m.该段为水库防渗漏良好的摊幕接头.
通过钻孔揭露，库区主要存在的溶润为半充填型及充填型溶洞，充填物主要为黄泥和砂，在上层
倾角变缓，倾角由44逐渐过渡到65°（倾向SW），平洞和下层平洞均有溶洞，大小溶润均有出现.
岩体内顺坡向节理与裂隙发育，有明显的溶蚀现象.3灌蒙方案
2）80.0~137.0m中梁隔水层，其中80-3.1灌浆工艺
为了解防渗线岩溶发育和分布情况，对星溪沟防渗线下层灌浆平洞进行孔间层析成像（CT）剖面 扫描，以对防渗幕灌浆施工设计提供指导性依据.
摊幕灌浆孔按3排孔布置，按分序加密的原则进行施工，并按先下游排、后上游排、再中间排，每排先I序孔，后Ⅱ序孔，再Ⅲ序孔的施工顺序进行.由于裂隙较为发育，灌浆采用孔口封闭、自上面下 分段灌浆方法3.
3.2灌浆材料与灌浆浆液
水泥塞装材料采用宜昌华鑫牌P042.5级普通硅酸盐水泥.根据现场地层条件，灌浆浆液水灰灌浆浆液由稀至浓逐级变换，在灌浆过程变换浆液 比为3，2，1，0.8，0.5五个比级，开灌水灰比采用3.水灰比时，以测定回浆管的水灰比为准.
3.3灌浆压力
幕灌紫分段长度按表1中执行，第4段及以下各段遇特殊情况时，可适当缩短或加长灌案段 长，但最大段长不得大于8m.各灌浆段的最大继浆压力按表1中规定的各孔序、段次压力值并结合注人率参考表2中的压力与注人率对应数值执行，灌浆过程中应根据实际情况及时调整.灌浆压力控制采用一次升压法，即尽快达到设计压力，但灌浆 过程中注人率较大时，采用分级升压法或间歇升压法，并使滙浆压力与注人率相适应.
表1灌浆压力及分段
Table 1The groting pressure and segments分段 （接触段）我 第1段第2第3第4第5第6股及 以下各段5家压1序0.81.52.03.03.5 3.5力/MPI.用序1.0 2.02.53.54.0 4.0
表2压力与注入率关系
2-3 3-4 >4人率/（L-mi）>3030-2020-103Lu，同时溶洞部位取样时难取出完整带有检查性质的加密孔（在原2m孔距中心）时，发的岩芯，黄泥松散.究其原因，溶洞内的充填物没现高压喷射冲洗扩散半径没有达到1m，于是又采取检查孔取样时发现，该溶洞内充填物基本被水泥、水泥砂浆全部置换，如图1所示.溶洞部位取芯 （水泥砂浆结石体），处理效果比较理想.
4岩溶灌浆方案与效果分析
为保证岩溶段取得较好的灌浆效果，可以考虑将溶洞内的充填物有效排出，然后回填水泥砂浆或灌人水泥浆液，使溶润被水泥砂浆或水泥浆液结石 体有效充填.本工程基于这种观点，采用了高压喷射置换和高压冲洗置换两种方式排除溶洞内的充填物.
图1溶润部位水泥砂聚结石体（桩号0217，深度35.5m） Fig.1Cement mortar concretion of cave
钻，取出充填物，观察研究其性质，根据充填性质选 灌浆孔钻孔施工时，钻到充填型溶洞时采用干取不同的处理方式.
上层灌浆平洞桩号0201-0220溶洞区是
整个防渗线上揭露出的最大、溶蚀最强的充填型溶润，未采取高压喷射冲洗前，该洞段已处理近8个月，按照原工艺处理的话，预计还要8-9个月的时仅用2个月，就将溶洞段处理完毕，比预计工期节省 间才能完成.在采用了高压喷射冲洗置换工艺后，近6个月的时间，节省了大量费用.
4.1高压喷射冲洗置换
采取措施处理前，将钻孔钻人完整岩石1m，最其连通情况.若溶洞的充填物是黄泥或黄泥夹砂， 好将周边孔也钻至同等高程处，以探明溶洞规模及且其密实度和稳定性不好，同时与周边孔无申孔现象（溶洞内灌浆孔连通性不好），则可以确定采取高管（单管），管头安装高喷嘴2个，用钻机匀速带动 压喷射冲洗方案.具体实施如下：在孔内下人高喷高喷管在孔内旅转，并自下而上进行高压喷射冲洗，提升速度控制在10min提升10~15cm，遇泥砂层较多时，提速宜控制在60cm/h，压力控制在20-25MPa，反复几次上下冲洗.待冲洗完毕，用粉煤 灰-膨润土浆将孔内沉淀的泥、砂返净后，再灌砂浆或水泥浓浆待凝，待凝时间控制在36~48h.
4.2双泵高压冲洗置换
度和稳定性不好，同时与周边孔存在串孔现象，即 若溶洞的充填物是黄泥或黄泥夹砂，且其密实溶洞内灌浆孔连通性较好，则可以采取双泵高压冲洗置换.
下层灌浆平洞灌浆试验采用了该方案处理溶洞，下层平洞灌浆试验灌浆孔布置如图2所示.
高压冲洗置换结束后，按下列步骤施工：①灌浆以灌注水泥浆为主，如灌砂浆，压力以2.0MPa 为限，注人量大且灌注了一定量的浆液之后时可按比例掺水玻璃等外加剂，再灌注水泥浆，结束时灌注水泥-水玻璃浆液：②待凝待凝时间一般为24~48h；③扫孔缩短段长，段长以2.5-3m控制；④复灌.
图2下层平洞浆试输灌蒙孔布置（桩号0300-0310） Fig 2Arrangement of grouting holes of grouting testin the bottom horizontal hole
在处理过程中一定要采取“限压、限流、间歇”等处理措施，其中“间歇”可与外加剂配合（一般来讲，灌完水泥-水玻璃浆液后要停泵清洗，可利用此段时间进行间歇，间歌时间按24-36h控制），直至达到设计压力.
高压冲洗置换开始前，将溶洞内孔都钻人完整岩石1m，连接2台灌浆系的孔口封闭器并随意一个孔孔口封闭器阀门打开，作为出泥孔（XX2 安装在一个灌浆孔上，作为进水孔（XX3孔），将另孔），在其他剩余几个孔（互相串通的几个孔）孔口上好孔口封闭器，连接好管路，开泵进行高压大水
该工艺的关键是冲洗及复灌2个工序，即冲洗一定要干净，复灌时，一是要控制好段长，二是要控制好压力与注人率.
量冲洗，压力控制在3~5MPa，在出泥孔基本返水变清后，轮换其他几个孔作为进水孔、出泥孔进行冲 洗，直至该段范围内的孔孔口返水变清，如图3所示.
图3双泵高压冲洗置换施工Fig 3Washing and replacemeat construetio wlthdouble pump under hlgh pressure
高压冲洗置换结束后，轮换每一个孔作为注浆孔，往孔内注人砂浆，做进一步置换，直至每个孔都 返出砂浆；再将孔都上好孔口封闭器，逐个利用每一个孔，进行压力注浆，直至每个孔达到设计压力或分级升压的目标压力.
双泵高压冲洗置换，类似于其他工程的群孔冲洗，施工时提高了压力和水量，采取了水、砂浆先后 两次挤压黄泥，取得了显著效果.
经过双泵高压冲洗置换后，溶洞段很快处理下去，上层平洞灌浆试验检查孔压水试验结果如表3所示.从表中可以看出，灌浆后段次的透水率 均小于3Lu，最大透水率为2.74Lu，最小透水率为0.03Lu，平均透水率为0.51Lu，合格率100%，其中透水率小于1Lu的占92.5%，说明地层经灌浆处理后，其渗透性能得到极大改善，灌浆幕满足设计防渗要求.
通过对检查孔取出的溶洞部位岩芯观察（见图4），钻出的黄泥芯样可以明显看出，黄泥已被充分挤密，或与水泥结合，强度和完整度较灌前有很大提高.
图4检查孔XJ-02取芯照片（溶润部位37.5-37.7m） Fig. 4 Sample of XJ-02 check hole
从处理时间上分析，双泵高压冲洗置换较上层灌浆平洞试验区（桩号0190-0200）处理时间缩短了近一半.
5结语
参考文献：
Table 3Pressurized-water test results of check hole 表3上层平洞灌浆试验检查孔压水试验成果ingroutlng tetefthetophorizntal hle
XJ-1孔压水试验结果 XJ-2孔压水试验结果股次 段位/ 段长/昌容值/ la 段次 段位/ 段长/昌容值/ m0 0-02 0.20 0 0~0.20.202 2.2-5.2 3.00 0.2-2.2 2.00 2.74 0.4 1 2 0.2-222.00 2.2-5.23.00 0.07 0.293 10.2-15.2 5.00 5.2~10.2 5.00 0.03 0.23 3 10.2-15.2 5.00 5.2-10.2 5.00 0.35 0.274 5 15.2-20.2°5.00 0.19 620.2-25.2 5.00 15.2-20.2 5.00 0.426 20.2-25.2 5.00 25.2-30.2 5.00 0.12 0.16 7 25.2-30.25.00 0.20 0.5030.2-35.2 5.00 35.2-40.2 5.00 0.23 1.10 0-08 935.2-40.2 5.00 0.50 0.751040.2-45.2 5.00 0.52 1040.2-45.2 5.00 1145.2-50.2 5.00 0.811145.2-50.2 5.00 1250.2-55.2 5.00 0 6.96 12 50.2-55.2 5.00 0.13 0.751355.2-60.2 5.00 1460.2-65.2 5.00 0.43 0.69 1460.2-65.2 5.00 1355.2-60.2 5.00 0.23 0.5815 65.2-70.2 5.00 0.67 1670.2-75.2 5.00 1565.2-70.2 5.00 0.251670.2-75.2 5.00 1775.2-825.00 0.49 0.53 17 75.2-80.2 5.00 0.44 0.241880.2-85.2 5.00 1985.2-90.2 5.00 0.61 0.66 1880.2-85.2 5.00 0.66 0.2320 90.2~95.48 5.28 1.02 20.90.2-95.48 5.29 0.59
针对中梁一级电站库区防渗椎幕灌浆工程中遇到的充填和半充填溶润，采用了高压喷射冲洗置换和双泵高压冲洗置换分别处理非连通和连通性灌浆孔溶洞，相对于其他处理措施，节省了时间和内的充填物被有效置换，透水率变小且满足设计 费用，且均取得了较好的效果.通过取样观察，溶防渗要求.高压喷射冲洗置换和双泵高压冲洗置换处理溶洞对于其他岩溶灌浆防渗工程具有一定的借鉴意义.
[1]赵瑞，许模，水库岩溶渗易及防渗研究综述[].地下水，2011 33(2) ;20-22 [2]周真德.大流量高流速溶润堵漏技术的研究[1].地球与环 境 2005 33(3) :5462.[3]李亮林，部胜章，陈宏峰，广西龙州金龙水库岩溶渗漏分析与[4]郭铁柱，谢空瑜，魏红.海子水库岩溶渗留分析及基灌蒙防 治理[1].桂林工学院学程，2006 26（3）：341-345.效果评价[].水利水电技术，2009 40（4）：73-75.[5]马志竖，中卫市照驶山水库须基处理理蒙试验[1].水利与建 筑学报，2009 7（2）：58-60.[7]吴火头，颜婉鸿.够易一级水电站新层水泥圆结灌紫试验 [6]孙例，大坝基岩覆浆[M]，北京：中国水利水电出版社，2004.[J].人民长江.2008 39（19）：70-71.[8]张景秀，坝基防建与灌紫技术[M].北京：中国水利水电出版社，2002.
