岩溶漏水通道堵漏灌浆技术与实践

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1 概述

　　清江高坝洲水电站建筑物基础为薄层泥质、白云质灰岩，岩层层间泥化剪切带较发育，部分剪切带及断裂构造溶蚀严重。在施工过程中，一期工程围堰基坑内沿深孔导墙（兼纵向围堰中段）导₄~导₅基础层间溶蚀面形成了漏水通道，在基坑内底孔消力池护坦范围发现两处集中涌水点，两处涌水点初期观测到的涌水量分别为5L/s和25L/s，后期涌水量估算超过50L/s；二期围堰基坑内缓倾角小断层溶蚀面形成了更大的漏水通道，在基坑内表孔15^#~16^#坝段基础范围内出现多处带状分布的大漏量涌水点，总涌水量达80~100L/s。

　　对这类高流速、管道型岩溶漏水通道的堵漏处理通常采用可控制凝固时间的化学浆材，但其价格昂贵、污染环境、影响施工人员健康。此外，地下水流特性不易掌握，化学浆材的胶凝时间难以控制，当地下水流速太大时，亦需采取措施控制流速，否则，化学浆材不能产生胶凝反应。

　　一期工程施工过程中对导₄~导₅基础漏水通道的堵漏处理进行了长达近一年的摸索处理，研究分析了采用各种灌浆材料及灌浆方法进行处理的可行性，以及相应的水流控制措施，最终采取引管、闸阀控制渗漏水流速，采用水泥灌浆方法处理好该漏水通道。

　　二期工程表孔15^#~16^#坝段漏水通道出现后，直接采用一期工程导₄~导₅漏水通道的堵漏经验和水流控制措施与水泥灌浆技术，一次处理成功，基本没有耽误原定工期。

2 岩溶漏水状况

　　2.1　一期基坑溶蚀剪切带漏水通道

　　深孔导墙（兼纵向围堰中段 ）基础为寒武系中统上峰尖组薄层及中厚层含泥质白云岩，岩层走向280~290°，倾向SW（上游偏右岸），倾角一般为30~35°。导₄~导₅附近基岩中分布有多条溶蚀剪切带，并形成漏水通道，在导₄~导₅右侧泄洪深孔消力池内形成W₁和W_1-1两处大漏量集中涌水点。导₄~导₅和消力池开挖高程32m左右，外江水位枯水期为42m高程左右，汛期达55~56m。经分析，漏水通道主要顺两层产状与岩层产状一致的溶蚀剪切带形成，两层剪切带垂直间距4~5m。

　　两处涌水点在清江枯水位初期观测的涌水量分别为5L/s和25L/s，涌水量随外江水位升高有明显增大，经过1997年汛期高水位变化对漏水通道的脉冲冲淘，汛后其漏水量明显变大，在清江枯水位时测算涌水量超过50L/s。根据连通试验，漏水通道内水流流速为0.2~0.3m/s。

　　2.2　二期基坑缓倾角小断层溶蚀漏水通道

　　二期基坑以编号300^#剪切带为界，右上侧为黑石沟组第一段灰、浅灰色中厚层灰岩、白云质灰岩，左下侧为上峰尖组薄层及中厚层含泥质白云岩。岩体中发育有300^#、300-4^#、300-3^#、300-8^#、300-9^#、300-2^#、300-1^#七条剪切带及F₂₀₅、F₂₁₃、F₂₁₄、F₂₁₅四条断层，具溶蚀性，尤其是F₂₁₃、F₂₁₄、300-4^#与F₂₀₅交接部位溶蚀强烈，在15^#~16^#坝段基础内形成了8个条带形分布的涌水点及3个消水点。总涌水量达80~100L/s，单点涌水量最大达20~25L/s。F₂₁₃、F₂₁₄与 F₂₀₅反倾，在15^#~17^#坝段形成一楔形体。

3　导₄~导₅溶蚀剪切带漏水通道堵漏方案与措施

　　3.1　堵漏的必要性

　　导₄~导₅漏水通道的存在，加大了基坑的抽水量，影响消力池护坦浇筑与施工，严重影响施工进度。另一方面地下涌水的长期冲蚀，恶化基岩结构，影响消力池护坦板抗浮稳定和导₄~导₅的抗滑、抗倾稳定，给消力池及导墙的安全运行留下隐患，必须对漏水通道进行先堵漏，后加固处理。

　　3.2　导₄～导₅堵漏方案研究与摸索

　　1997年5月，在纵向围堰导₄~导₅左侧深孔消力池范围，发现两处涌水点，为确保纵向围堰安全及消力池护坦砼浇筑质量，减小基坑抽水量，必须对导₄~导₅基础进行防渗灌浆处理。灌浆孔布置在导₄~导₅右侧，孔口高程46m，灌浆孔底高程穿过溶蚀带以下2m，分三序施工，并从一序孔中选取一定的灌浆孔为先导孔，确定溶蚀剪切带的分布范围及溶蚀规模。

　　施工单位于1997年6月8日开始灌浆施工，后因汛期来临，移至高程57m的导墙顶部继续施工。先期施工的18^#、22^#、26^#孔与两个涌水点串通，从孔内电视录像揭示上述三孔分别于高程15.2m、20m和27m遇溶蚀剪切带。由于涌水流速大，灌入的水泥及水泥砂浆不能凝固，浆液被高速水流稀释并带走。为封堵渗漏通道，灌浆过程中采取向孔内投粗砂、小石子，注细骨料混凝土以及在水泥浆中加入速凝剂等措施，均未凑效。本次处理灌注水泥97t、细砂45t、氯化钙130kg。

　　经分析论证，认为按原定堵漏灌浆方案，不能有效控制渗漏水的流速，堵漏灌浆难以取得成功，必须采取有效措施控制流速。进行了井点抽水和封闭涌水点控制渗漏水流速的研究，针对护坦混凝土浇筑和堵漏灌浆的程序，比较了 “先浇后灌”和“先灌后浇” 方案。“先灌后浇”方案灌浆封堵岩溶渗漏通道难度很大，需实施井点抽水。由于溶蚀剪切带范围较小，渗漏途径短，难以在处理范围以外实施井点抽排水措施，并且井点抽水控制渗漏流速难度较大。经综合比较，选定“先浇后灌”方案。

　　“先浇后灌”方案是在涌水点埋设可控制漏水量的引水管，对护坦建基面的渗水裂隙进行嵌缝堵漏，确保护坦板混凝土在无水条件下浇筑，然后进行护坦的锚桩施工。堵漏灌浆时逐渐关闭引水管，降低渗漏水流速。由于基坑内外的水头差达十多米，需采取有效措施防止关闭引水管进行堵漏灌浆时护坦混凝土板产生抬动破坏，为此，考虑了护坦板增加压重的后备措施。同时，还应防止因灌浆堵塞护坦建基面的排水系统。

　　3.3　岩溶渗漏水控制措施和水泥堵漏灌浆实施

　　(1)引管排水与嵌缝堵漏

　　涌水点W_1-1、W₁分别用Φ150mm、Φ273mm钢管嵌入建基面以下50cm，采用快凝水泥砂浆嵌管，确保埋管周边无渗水，将集中涌水引至临时集水坑。在引管出口安装控制阀和预留进、回浆管。对建基面的渗水点，进行嵌缝处理，确保护坦混凝土在无水条件下浇筑。

　　(2) 砼浇筑及锚桩施工

　　护坦混凝土分两层浇筑，堵漏灌浆前先浇底层混凝土，并预留护坦建基面纵横排水沟。混凝土达到设计龄期后，进行锚桩施工。对不涌水锚桩孔直接进行锚桩施工，对与溶蚀剪切带串通的涌水锚桩孔，待埋设抬动观测装置和进行引水管关闭试验后，通过控制引水管闸阀进行堵漏灌浆，灌至不再涌水后再安装锚筋。

　　(3) 抬动观测装置

　　为防止消力池护坦产生抬动破坏，根据溶蚀剪切带的的产状和分布范围，在消力池护坦已浇混凝土上布置5个抬动观测孔(点)，并选取两根锚桩安装钢筋计，监测锚桩的变形。抬动观测孔深入到溶蚀剪切带以下2m，钻孔穿过溶蚀带有涌水时，用水玻璃­-水泥浆液封堵，再继续钻进。护坦板抬动变形按不超过20 0μm控制。

　　（4）关闭试验及涌水锚桩注浆压力

　　为防止完全关闭引水管及涌水锚桩灌浆引起护坦抬动，进行了引水管关闭试验，首先关闭W_1-1，各抬动观测点均未观测到抬动变形值，再逐渐关闭W₁，稳定20min，观测引水管水压力和抬动变形，当引水管水压力达0.06Mpa时，各抬观测点均观测到了不同程度的抬动变形，其中一点最大抬动变形值达120μm，并且随着压力的升高，抬动变形值增加较快。

　　通过引水管关闭试验，认为控制锚桩孔灌浆压力不超过0.06Mpa，可不需采取增加压重的措施，对下一步导墙右侧的堵漏灌浆，只要加强抬动观测和锚桩受力监测，亦不需采取增加压重措施。

　　（5）堵漏灌浆

　　堵漏灌浆分两次进行，第一次结合导墙左侧护坦涌水锚桩孔及增布的灌浆孔进行溶蚀剪切带出露范围的堵漏灌浆，第二次在导墙右侧灌浆充填溶蚀剪切带渗漏通道。

　　涌水锚桩孔灌浆时，关闭W_1-1并控制W₁开度，浆液中掺加速凝剂，采取间歇、复灌处理至不再涌水，再安放锚筋。灌浆顺序为先边缘区，后主流区，将水挤向主通道方向。经多个锚桩孔灌浆，W₁及W_1-1被封堵。为防止下一步堵漏灌浆对护坦产生有害变形，更好地控制浆液，对连通性较好的一个涌水锚桩孔采取引管排水，另在护坦范围以外自导墙左侧向导墙基础钻了两个排水孔，两孔涌水量均较大，对一孔引管至临时集水坑，另一孔向上引接管至高程42.4m，接近外江水位。

　　在导墙右侧第二次堵漏灌浆是在以上工作结束后开始的，在导墙右侧利用两个与左侧引水管相通的钻孔分两次实施堵漏灌浆。第一个串通孔通过控制引水管的开度，灌至不进浆，但引水管继续出水，未能完全封堵溶蚀剪切带；第二个串通孔灌浆开始时，引水管处于开放状态，灌浆浆液串通达到一定浓度后，逐渐关闭引水管，控制浆液的的流速，当灌浆孔回浆管回浆后，间歇性开启引水管排出稀浆，当引水管排出浆液浓度接近进浆浓度时，引水管保持一定的开度，连续灌浆直到引水管出浆量逐渐变小、浆液变稀，最后流出小流量清水，继续灌注至引水管不出水，在0.15Mpa的压力下停止吸浆为止，连续灌浆历时12h，灌注水泥37.4t，细砂13.4t。

　　（6）溶蚀剪切带封堵效果检查

　　在上述两孔的堵漏灌浆结束后，在导墙右侧继续进行加密灌浆，加密后，灌浆孔最终孔距1.5m。加密孔灌浆吸浆量均较小。导墙右侧灌浆工作结束后，在导墙左侧护担范围内布置2个检查孔，钻孔芯样中取出水泥结石，检查孔均不涌水，压水透水率小于5Lu，说明堵漏灌浆取得了预期效果。

4 15^#~16^#坝段缓倾角断层溶蚀漏水通道堵漏灌浆

　　15^#~16^#坝段的渗漏通道将直接影响坝体砼的浇筑及坝基固结灌浆、帷幕灌浆的正常进行，危及大坝的安全，影响水库蓄水，必须对其进行妥善处理。

　　15^#~16^#坝段缓倾角小断层溶蚀漏水通道揭露后，直接采用导₄~导₅堵漏灌浆的技术措施和实践经验，设法控制渗漏水流速，灌注水泥砂浆和水泥浆，主要措施如下：

　　在15^#~16^#坝段基础混凝土浇筑前，对溶蚀通道各涌水点进行嵌缝、引管、埋管，对漏水量大的两个涌水点引管并安装闸阀。同时，在漏水通道上游开挖截水井，安装3台水泵抽水，降低渗漏水头及渗漏水流速，减小涌水量。灌浆前安装抬动观测装置，确保灌浆对坝体混凝土不产生抬动变形。堵漏灌浆顺序为自下游逐步向上游进行，灌浆压力0.1~0.2Mpa，灌注浆液为0.5：1的水泥浆和水泥砂浆,并掺加适量速凝剂。堵漏灌浆时，根据各涌水点灌浆情况开启或关闭引水管阀门。采用上述措施后，一次成功灌浆封堵了岩溶漏水通道。经后续锚杆、固结灌浆和帷幕灌浆的施工检验，该部位堵漏灌浆效果显著。

5　结语

　　高坝洲工程导₄~导₅及15^#~16^#坝段岩溶漏水通道采用水泥灌浆进行堵漏，降低了工程投资，取得了良好的防渗堵漏效果，避免了化学灌浆的环境污染，满足环境保护要求，为下一步建筑物基础防渗加固处理创造了有利条件。

　　通过高坝洲工程岩溶漏水通道的堵漏灌浆实践，有以下两点认识和体会：

　　①　岩溶漏水通道对工程有危害需堵漏时，首先应查明其发育规模及分布范围，不可盲目实施堵漏灌浆。

　　②　高流速、管道型岩溶漏水通道，采取引管控制出口流量，结合在合适位置进行井点抽排水，根据实际情况制定灌浆程序，能有效降低水流流速，采用水泥灌浆可取得满意的效果。