第12章岩溶帷幕灌浆实例

第十二章岩溶地区大坝基岩帷幕灌浆及工程实例在岩溶地区筑坝建库，经常会遇到各种各样的问题，其中主要的是水库是否漏水和大坝坝基是否稳定。中华人民共和国建国以来，在岩溶地区修建了大量的水利工程，积累了一定的经验。总结坝基及水库的防渗方法，可以概括地归纳成以下几种：堵（堵塞漏水的洞穴、泉眼）、铺（在渗漏地区做粘土或混凝土铺盖）、截（修筑截水墙）、围（将间歇泉、落水洞等围住，使与库水隔开）、导（将建筑物下面的泉水导出坝外）、灌（在岩石内进行防渗帷幕灌浆）。在实际工程中，多是以其中一、两项防渗措施为主，而辅以其他项措施，这样根据具体情况进行综合处理，均取得了较好的防渗效果。20世纪60年代及其以前，我国在岩溶地区修建的大坝均较低，水头不高，坝基及水库周边以灌浆帷幕作为主要防渗设施的为数不多，有些工程既使是采用了以灌浆帷幕作为主要防渗设施的，其规模也不很大，灌浆工程量也不很多。至70年代，我国开始在岩溶发育地区修建高坝，由于坝高、库大、岩溶发育、地质条件复杂，所以灌浆工程量大，施工技术也复杂。例如贵州省乌江渡大坝，坝高165m，灌浆帷幕设计工程量19万m,采用“小口径钻孔、孔口封闭、自上而下分段灌浆”新工艺，1977年底水库蓄水发电，1982年大坝基本建成，经受了洪水考验，帷幕防渗效果良好。乌江渡大坝帷幕灌浆成功的实例，为我国后来在岩溶地区修建高坝，进行坝基处理提供了有益的经验。1985年以后，我国在岩溶发育地区又相继修建了湖北省隔河岩大坝（坝高151m）、贵州省东风大坝（坝高162m）、辽宁省观音阁大坝（坝高82m）,以及1992年开工兴建的云南省五里冲无坝水库。这几个工程大坝坝基帷幕灌浆工程量均在190000m以上，并均取得了良好的防渗效果。在当时它们与乌江渡大坝合在一起，誉之为“五朵金花”此后，又相继建成了湖南省江垭大坝（坝高131m）,湖北省高坝洲大坝（坝高57m）等多座水利枢纽或水电站。目前在建的还有贵州省洪家渡大坝（坝高179.5m）索风营大坝（坝高 ）等。我们可以说在岩溶发育地区修建高坝坝基防渗处理方面已取得了丰富经验，比较有把握地能够处理好这方面的大小技术问题。当然在今后工作中还会遇到新情况，提出新课题，所以还必须小心谨慎，不断地总结经验，提高认识问题、分析情况和解决课题的能力，促使灌浆技术进一步提高和发展。第一节岩溶地区防渗处理的重要性与建坝的地质勘测工作岩溶地区特别是岩溶强烈发育的地区，地基的透水性极强，在这种地区修坝建库，必须有完整而可靠的防渗设施，才能保证大坝的安全和充足的蓄水。在岩溶发育的基岩上筑坝，大坝基岩、水库周边和库区渗漏通道的处理都是极为重要的，同时处理的施工技术比较复杂。因此，施工前必须详细查明坝基与库区的全部地质条件，摸清渗漏情况、渗流规律、提出合理的防渗处理措施。经验证明，只要有一个渗漏通道未查明或在防渗工作中被遗漏而未做处理，当水库蓄水后，由于水头压力就会造成危险性的渗漏，危及岸坡及坝基的稳定。所以，如果情况没有摸清或是处理得不适当，不但会延误工期，增加工程费用，甚至会使水库长期不能蓄水或使大坝突然发生破坏事故。例如：法国的圣吉利耶廉乐德捷尔坝和西班牙的蒙特热克坝，虽然大坝已经建成，但由于石灰岩的岩溶现象发育、河谷两岸和河床的严重渗漏，曾长期不能蓄水；美国的奥斯汀坝，在施工前对岩溶现象没有进行详细调查，施工中又没有进行很好的处理，以致发生坝体被冲垮的事故，造成很大损失。国际上这类实例较多，必须引起足够重视。岩溶地区防渗处理既然如此重要，那么，为了作好防渗处理工作，有必要首先简要地说明一下岩溶形成的原因及其类型，其次再谈一谈地质勘测工作及其采用的方法。一、岩溶形成的原因及其类型岩溶的形成主要是透水的可溶性岩石，如石灰岩、白云岩等受有溶解能力的地下水溶蚀的结果。而岩溶的发育程度和形态主要是与地质构造、地下水动力条件、气候条件以及岩性等因素有关。常见的岩溶类型有下列几种：（1）落水洞又称消水井，是指地面上垂直的或倾斜的，有地下通道的孔洞。（2）漏斗外表成漏斗状，其下部往往通向深处的落水洞。（3）坡立谷和溶蚀洼地前者为范围较大的封闭洼地，地表水经常由山脚落水洞流入地下。后者是没有地表水而规模较小的洼地。（4）盲谷地表的河流在一陡坎或山脚下突然消失，流入地下岩溶暗河，形成盲谷。（5）岩溶泉可分为三种：永久泉：常年出水的泉。间歇泉：泉水直接受降雨的影响，流量变化大，一般与地下水不连通。反复泉：下雨时出水，平时消水，与地下岩溶连通。（6）暗河又称地下河或伏流。（7）溶洞岩石被地下水溶蚀的空洞二、地质勘测工作成功地处理岩溶地区的水库和大坝地基，主要决定于两个条件，一是对岩溶的成因、发育规律、分布情况以及岩溶类型等要了解清楚，二是要采用正确的处理措施，而后者是在前者的基础上进行的。为此，首先必须摸清地质情况，做好地质勘测工作。一般应对下列地质条件进行调查和研究。（1）区域古地理条件。（2）灰岩的物质组成成分。（3）岩石埋藏的条件和岩石的构造条件。（4）区域地貌条件。（5）灰岩及其围岩的透水性。（6）区域的水文地质条件，特别是岩溶水的动力条件。（7）灰岩的可溶性。（8）溶洞、裂隙的分布，洞穴的大小，是否有充填物及充填物的性质。（9）地下水的化学成分及其溶解能力。（10）大气降水的渗入条件和气象条件。三、地质勘察的方法1．岩溶地区的地质方面为了了解岩溶地区的地质情况，除了需要做地表工程地质测绘外，常用的方法有如下几种：（1）钻孔这是探查岩溶地区地质情况的一种主要手段，它不但能查探深部的岩层，而且能取得任意部位的岩石的样品。在岩溶地区修坝建库所作的钻孔工程量也比一般地区要多。例如乌江渡大坝勘探钻孔多达375个，计43749m。隔河岩大坝勘探钻孔71个，12085m。（2） 压水试验在钻孔中做压水试验，了解岩溶地区各部位的渗透性，根据渗透性的大小和分布，做出渗透剖面，作为防渗帷幕设计的主要依据。（3） 洞探为了查明溶洞的规模大小、分布情况、发育程度、填充物情况，特别是在工程的关键性部位，常采用洞探的方法进行了解。洞探多采用平洞，人可进入洞内直接观察岩溶情况，所获得的资料最真实可靠。所以在岩溶地区开挖的平洞工程量也是相当大的。如乌江渡大坝开挖平洞71个，计4880m；隔河岩大坝开挖平洞10个，3630m。一些国外的大坝，如圣提•克路克斯坝打了2900m平洞，乌格兰斯坝打了5000m平洞，这些平洞的工程量都是很大的。（4）物探近年来，地球物理勘探技术已应用到岩溶地区的地质调查上，例如，南水北调东线，计划在山东省位山地区修建三条穿过黄河底部的输水洞，洞径9.5m,掘洞部位岩石为中寒武系张夏阶灰岩，岩溶比较发育，透水性也较大。为了查清岩溶分布情况，采用了无线电波透视仪和其他物探方法进行测试，完成了78个透视剖面，发现了98个异常点。配合钻孔验证达到了预期效果。乌江渡大坝帷幕灌浆开始后，在基岩深部发现有大溶洞。为了查清深部岩溶洞穴的分布情况，以便确定各部位帷幕合宜的深度，也进行了无线电波透视，测得透视剖面17条，发现41个异常点。初步分析，孔深150m以下约有岩溶异常23个，其中有五处异常已被勘探孔和灌浆孔所证实。裂隙密集带异常或低阻夹层异常约18个。国外的格莱莫斯坝曾用电法对水库底作快速的勘察，电阻图清楚地反映出了岩石裂隙发育程度和溶蚀情况显著不同的区域。柯皮利坝用电法指导钻孔，在30m厚的页岩下岩溶断层中发现了一些空洞。2．渗流的观测方面利用向渗流水中加入染色剂的试验，可以查明地下溶洞的连通关系，找出渗透水流的流失通路和摸清库内外的水力联系。例如乌江渡大坝为了查明f20断层带的渗漏情况，曾在左岸帷幕上游的z40号孔用压水方法压入荧光素，在廊道内第7、10、15、14、8号孔以及帷幕下游Z41号孔等取样，用荧光灯进行观测，共投入荧光素4kg。试验结果表明，除第7、8和Z41号孔仅断续地出现过几次低浓度荧光水外，其它如第10、15、14号孔均出现了较高浓度的荧光水。根据试验成果初步计算流速约为25.2cm/min,并查清了流向。隔河岩大坝进行连通试验共计39次。国外的乌马皮纳坝在库区也曾做染色试验，用25kg的荧光素查明了一个长3.5km的地下通道；另一个长30km的地下通道是用了75km的荧光素查明的。这样将流速和地形以及地质构造关系联系起来进行分析研究，对查明该地区的地下水流起了很大的作用。有的工程还采用了放射元素的示踪法来探查地下水的渗流通道。如国外的柯皮利坝曾用放射性元素氚来查明地下水深处的活动情况。综上所述，足以说明在岩溶发育地区建坝地质勘测工作的重要性。我国有些大坝地质勘测与设计工作长达几十年之久。例如，辽宁省观音阁水库自1956年即开始进行勘测工作，先后共选择六个坝址，经过多次反复比较，1984年水电部批准了《观音阁水库可行性研究报告》，确定第六坝址为选定坝址，1990年基本完成施工图设计工作，该年观音阁水库正式开工，历时34年。据不完全统计，主要完成的地勘工作量有钻孔312个，29046m；勘探平洞6条，902m；坑槽探总长约7000m；电法物探34130m；综合测井63孔。贵州省东风水电站于1960年开始地质勘测工作，直至1984年国家计委批准东风水电站设计任务书，工程正式开始进行施工准备，历时24年。第二节岩溶地区防渗帷幕灌浆的特点岩溶地区由于其特殊的地质条件，故在该地区修建大坝，其防渗帷幕灌浆一般有如下的特点：1．灌注材料量较多岩溶地区溶洞、溶蚀裂隙多，透水性很大，所以灌注材料的耗用量较非岩溶地区要大。岩溶严重地区，干料耗用量更多。如乌江渡大坝帷幕灌入水泥达55600t，东风大坝灌入水泥74519t,观音阁大坝则为47000t。国外如伊拉克的都堪坝，帷幕灌浆灌入水泥67928t、砂料48722t,其他材料211t。意大利的瓦尔•盖立纳坝，其坝体混凝土为99100m3，而帷幕灌浆却用了25000t水泥，几乎与浇筑坝体所用的水泥量相等。国外其它一些大坝帷幕灌浆的单位注入量见表12-1，一般多在400kg/m以上，其灌注材料耗用量也是比较多的。2．防渗帷幕较深岩溶地区的帷幕深度往往比一般岩石地区的帷幕要深，有的大坝的坝基帷幕深度甚至达到坝的2~3倍。如瑞士的利莫布登拱坝，突尼斯的尼巴纳堆石坝，其帷幕深度分别为各自坝高的2.5和2.4倍，见表12-1。3．防渗帷幕轴线较长由于岩溶地区的渗漏性较大，不仅坝基部分要设置防渗帷幕，有时为防止坝肩和水库周边的漏水，也需要设置防渗帷幕，这样帷幕便比一般岩石地区的帷幕要长。例如东风水电站帷幕防渗线路长3650m,伊拉克的都堪坝的帷幕总长为2877m,其中左岸库边的防渗帷幕长1348m,后因漏水，又延伸336m,右岸库边的防渗帷幕长1033m,见图12-1Jt區Jt區12I都龟坝帷慕灌集布習區1一茱寒*扎泣河：顷评；3右库灌娥帷扇；：!一左斥灌索帷ff;5—背鶴轴；水it翳的出鑫的我的喪隙岩石|7亠幡31肌延忡醉名；H灌弟站卜9一卜峡寮;W—主杲III一副星4．帷幕灌浆工程量大由于岩溶地区防渗帷幕一般深度较大,帷幕线较长,且有时帷幕灌浆孔排数又较多,所以帷幕灌浆工程量常常很大。乌江渡、东风、隔河岩等几座大坝帷幕灌浆工程量分别为191554m、289609m和192915m。国外几座大坝帷幕灌浆工程量见表10.2-1。5．施工复杂岩溶地区的地质情况多变,坝基或水库周边的防渗处理应根据所遇到的岩石情况,采用与之相适应的方法施工,才能经济而有效地达到防渗目的。一般讲,在岩溶地区的溶洞灌浆,首先应查明溶洞内充填物类型、充填规模,而后采取相应的措施处理。对于大空洞岩溶，可使用混凝土泵泵入高流态混凝土，骨料最大粒径小于20mm。灌浆后待凝7d,然后重新扫开，再灌注水泥浆。对于空洞较大的岩溶，可扩大灌浆孔孔径，向孔内投入粒径小于40mm的干净碎石，而后灌注水泥砂浆或水泥粉煤灰浆。待凝3d后，进行扫孔和作简易压水，根据压水资料，再确定是灌注水泥浆，还是灌注水泥砂浆或其它混合浆液。对于空洞较小的岩溶，可灌注水泥砂浆或其它混合浆液，待凝3d后，扫开再灌注水泥浆。对于全部充填或大部分充填的溶洞，宜采用高压进行灌浆。但若在开始灌浆不能起压或短时间内不能达到规定的压力时，应先采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等措施，待注入率减小到一定程度后，再逐渐升压，依照技术要求直至达到结束标准止。根据东风水电站坝基帷幕灌浆实践经验，有时一个灌浆段可能需要灌注十几次，甚至更多一些。采用“模袋灌浆”新技术。中国水利水电科学研究院岩土所在广西拔贡水库处理坝基岩溶渗漏(渗漏量高20m3/s以上)，采用了“模袋灌浆”新技术，取得了预期的防渗效果。模袋由特殊的纺织工艺织成，使用的基本材料为尼龙、聚酯或聚丙烯等。织物强度高，向袋内灌注水灰比为0.6、0.8或1的水泥浆时，在灌浆压力作用下，水泥浆中的水份可以由袋内析出，而水泥不能外漏，这样可以降低水灰比，提高固结强度，缩短固结时间。水泥在模袋中固化凝结，在水下具有不分散性，当水流流速较大时，不会被冲失；并且模袋在压力下膨胀，适应不同形状，有利于堵塞各类形状的溶洞。编者认为“模袋灌浆技术”是在流速较大、漏水量较大、溶洞较大等各种不利条件组合下进行帷幕灌浆施工的一种新的、有效的方法。有时在施工过程中还会遇到大的或连通的溶洞、溶槽等漏水严重地段，常采取的处理措施是：将溶洞或溶槽内充填的松散、不稳定的杂物碎石土和残渣等清除干净，回填混凝土，而后再行灌浆补强，将漏水通道封闭密实。由于岩溶地区的地层情况多变，在施工过程中有时会揭露出前所未知的新情况，这时需研究对策，进行适当的处理。五里冲无坝水库帷幕灌浆施工即遇到这类情况，详见本章第五节工程实例。国外的塔贝拉坝有一个溶洞长约45m,宽约9m,当初勘探时被遗漏未查明；开班坝在基坑开挖过程中，发现一个大溶洞，其中充填有粘土，因此，需要修改设计，并补做了近5000m的补充勘探工作。由此看出,岩溶地区的灌浆施工常比一般岩层的灌浆要复杂得多。6．灌浆帷幕造价较高在岩溶地区修建防渗帷幕，由于灌浆工程量大，耗用的灌浆材料多，施工复杂，施工历时也长，因此，帷幕的造价较高。国外灌浆工程的实践结果，对不同地质条件下的防渗灌浆帷幕的造价做出如下的分析：在地质条件不很复杂的一般地区，防渗帷幕的造价约为大坝造价的2%~5%；在地质条件比较复杂的地区，帷幕造价约为大坝造价的5%~15%；而在岩溶发育地区，帷幕造价可达大坝造价的30%，甚至更多。如南斯拉夫的白路查坝，由于岩溶造成的特殊地质条件，其帷幕的造价几乎超过了大坝的造价。国内灌浆工程对此未做详细地统计分析。第三节岩溶地区设置防渗帷幕应遵循的原则岩溶地区基岩处理设计总的指导思想是：第一，保证大坝安全；第二，防止大量渗漏；第三，注意经济效果，三者一定要综合考虑，相辅相成，既要保证安全可靠，又要注意节约资金，同时还要求防渗措施灵活、现实和适度。由于岩溶地区地质条件的复杂性，在这种地区要设置良好的防渗帷幕，须遵循下述的一些原则：1．加强调查及勘测工作在岩溶地区修坝建库，应注意了解侵蚀基准面的位置，查明基岩中有无较深厚的相对不透水岩层，详细地绘制出地质剖面图和渗透剖面图，并将所探明的岩溶溶洞、孔穴、裂隙、断层以及破碎带等的大小、分布情况和各部位的渗透情况，尽可能地在各剖面图上表示出来。调查与勘测工作做的愈细，防渗帷幕灌浆工作就会愈主动，效果也将会更好。2．尽量利用有利的岩层或其它有利条件岩溶地区坝基和库区防渗处理应尽量利用基岩中常有的较深厚的不透水岩层，如泥灰岩、泥质灰岩或其它渗透性小的岩层作为相对隔水层，并尽量寻找有利的库区地形加以利用，这样可以减少防渗帷幕的深度，减少或免除水库周边的防渗设施，降低处理费用，并且防渗效果也易于得到保证。例如观音阁水库坝基防渗帷幕就是利用了基岩中“风山组底部10m厚度的页岩”作为相对不透水层，减少了帷幕深度；东风水电站库区周边防渗是利用了鱼洞和凉风洞两暗河系统间和鼻状地下分水岭地形，较大程度地削减了帷幕灌浆工程量。国外有如西班牙的卡马拉札坝、摩洛哥的宾•埃尔•威当坝就是利用了基础底部不深处的渗透性较小的岩层作为基础的相对不透水岩层这一有利条件，仅做了不深的灌浆帷幕，就起到了良好的防渗效果；南斯拉夫的腊马水库由于水库边缘腹地的地质构造条件造成地下水均向库区流动，经判断不可能产生库区渗漏，因而仅做了坝基的帷幕灌浆。3．慎重地选定帷幕线路根据取得的各项地质资料和调查资料，通过多次的工地勘察，考虑在坝址或水库周边的哪些地方设置防渗帷幕，采取哪种防渗措施最有利，以及如何避开岩溶发育的强透水带和大型溶洞等，慎重地选定帷幕路线。例如东风水电站和隔河岩水电站均是分别在四条和五条的帷幕线路方案中通过综合比较而选定其中一条的，保证多、快、好、省而又安全的完成了帷幕灌浆任务。4．做好灌浆试验在岩溶地区建坝，必须逐步摸清该地区地质条件的一般规律及特殊规律，以便掌握它，改造它。如果地质条件复杂，灌浆工程量又比较大时，应选定灌浆试验地段，制定灌浆试验方案，先在工地进行灌浆试验，分析研究试验所取得的资料，再进行帷幕设计。这样设计方案可以符合实际情况，也比较稳妥可靠。乌江渡大坝坝基地质条件复杂、岩溶发育、渗漏性大，又是我国首次在岩溶发育地区修建的高坝，国内无先例可循，故在帷幕灌浆正式施工前，进行了规模较大的灌浆试验，先后历时达4年之久。以后，相继兴建的隔河岩大坝、东风大坝以及五里冲无坝水库等均是帷幕灌浆正式施工前进行了规模不尽相同的灌浆试验。5．确定帷幕结构型式及有关参数根据地质条件和坝工设计的要求，参考灌浆试验取得的成果，确定合理并有效的帷幕结构型式。关于帷幕孔的深度。岩溶地区建坝，坝基帷幕深度以深入相对不透水层内3m或5m以上为宜。在时由于相对不透层埋藏较深，所以帷幕深度也较大。岩溶发育严重地区，在时要求帷幕深度深至侵蚀基准面高程以下，这样就又加大了帷幕的深度；有时因出于某种考虑，也常常要求帷幕深度更大一些，甚至会达到设计水头的2~3倍。关于帷幕灌浆孔的排数。重要部位的防渗帷幕多采用两排或三排。从某种意义上讲，三排孔灌浆质量好，先灌边排，后灌中排，可以起到先围堵、后压密的作用，同时中排孔还可以使用比较大的灌浆压力，易于保证质量。实践经验证明三排孔帷幕耐久性也好。从工程量上考虑，三排孔孔距3m和两排孔孔距2m及一排孔孔距lm,其总的工程量相同，但灌浆效果和帷幕厚度有异。编著者认为在岩溶发育、透水性大的地段，重要部位的防渗帷幕以采用三排为妥。6．确定帷幕灌浆孔的方向灌浆孔的方向应根据岩层裂隙及层理方向并结合主要裂隙系统考虑，对处理个别的大裂隙，灌浆孔的方向应单独考虑。一般情况下，为了施工方便和易于保证帷幕的连续性和完整性，帷幕灌浆孔多采用铅直孔。但在岩石裂隙复杂的情况下，为了提高帷幕灌浆防渗的可靠性，个别或局部地段有时也可布置成孔向交错的钻孔系统。7．选用合宜的灌注材料在岩溶发育较弱的地区，帷幕灌浆一般仍多采用水泥浆，因其集中制浆、输送和调配浆液均较简便，并且帷幕的稳定性也好。但在岩溶发育，有大溶洞、大溶蚀裂隙的地段，则所用灌注材料的品种很多，需根据灌注实际情况和效果而定。岩溶地区溶洞灌浆在本章第二节第5项中已有简述。为了节省水泥，经常灌注混合浆液，即在水泥浆液中加入砂、粉煤灰等掺合料。有时为了改善浆液的性能，还加入稳定剂如膨润土或速凝剂和水玻璃等。溶洞较大且充填物很少时，还可采用先向孔内投入小粒径的干净碎石，而后再灌注混合浆液的措施。五里冲无坝水库帷幕灌浆注入量大时经常采用在水泥浆中掺入粉煤灰的措施；观音阁水库多采用掺砂、锯未等的浓浆措施；青铜峡大坝为了灌注大溶洞和大的断层带，灌注材料采用了水泥、砂和氧化钙。国外南斯拉夫的斯克洛普坝帷幕灌浆浆液材料采用了水泥、粘土、膨润土和无水碳酸钠；而西班牙的卡马拉札坝的帷幕灌浆则采用了水泥、矿渣、砂、砾石、锯未以及沥青等多种材料，耗用量很大，单位注入量达3880kg/m。岩溶地区灌浆材料多种多样，浆液的组成和配比还没有一定的规律和比值，一般仍需通过室内浆材试验和工地灌浆试验所到得的资料和成果指导设计和施工，其所遵循的原则是：有效、经济、施工方便。8．慎重确定处理溶洞中充填物的方案在遇到大溶洞、大断裂等不良地质的条件下，对其中充填物的种类、填充及胶结的程度，在库水头长期作用下能否产生机械管涌，是否需要清除这些填充物，如何清除或是否可以不予清除而仅做适当处理等一系列的问题，均应作详细的调查研究工作，并进行实地试验，最后做出选择。9．预留补强灌浆施工位置由于岩溶地区的地质条件复杂多变，防渗帷幕的设计和施工的难度也较大。考虑到将来由于防渗帷幕做的不尽妥善，或经长期运行防渗效能逐渐衰减，在这种情况下，常需进行补充灌浆。所以在坝

工设计时，应为以后的补充灌浆留有适当的工作位置。10．分期蓄水水库蓄水后，随着水位逐渐升高也可能出现一些意外情况。为了保证安全，对于坝高在100m以上的大坝，宜采用分期蓄水的技术措施。其主要目的是，通过不同库水位高程逐步检验坝基和水库周边的渗漏情况及大坝是否稳定安全。如果发现问题，便于及时处理，掌握主动。我国在岩溶发育地区所建几座高坝多采用了分期蓄水方案。国外南斯拉夫的格兰察雷窝(GranCarevo)拱坝，坝高123m,水库蓄水后，第一年壅高水位70m，情况正常，第二年上升到90m，发生了上千次的小地震；第三年壅高水位100m,下游出现了漏水。第四节岩溶地区帷幕灌浆施工技术与特殊地段的处理岩溶地区帷幕灌浆施工的一般原则已在本章第二节第5项中阐述，此外还应注意下列一些问题。灌浆方法灌浆施工应依照逐渐加密法，分次序进行。灌浆方法以采用自上而下分段的循环式灌浆法为宜。当帷幕灌浆孔比较深时，可考虑采用自上而下与自下而上相结合的灌浆方法，但这要根据该地区具体的地质条件和灌浆施工情况而定，以能保证帷幕质量又有利于施工进度为原则。布设灌浆平洞由于灌浆帷幕较深，工程量较大，又受施工进度和施工部位条件所限，为了便于钻孔和灌浆施工，保证灌浆质量，并有利于大坝总体施工的安排，常常在坝肩两岸开挖灌浆平洞和在坝体内预留灌浆廊道，在其内进行帷幕灌浆。但开挖平洞将产生卸荷裂隙，平洞周围有较大的拉应力区,应力条件复杂，对坝肩会产生一些影响，故设计平洞时，应予考虑。灌浆廊道和平洞的长度、断面的大小，它们的层数及其上下间的距离，将根据地质条件、帷兜论-3兜论-3去绘唯幕相圧衔接g意图I—2—濯浆烏道中出线*3-4s幕的中排乱I』一惟幕的尖排扎*5—风舉酒统化分层灌浆时，应注意上下两层间帷幕相互衔接处的设计和施工工作，使之灌浆后能连为一体，防止渗流。当几层灌浆平洞中心线在平面上的投影位置相一致时，其间帷幕相互衔接的设计可参见图12-2。位置不相同时，可参见本章第五节乌江渡大坝工程实例。灌浆段长在岩石较完整、岩溶不甚发育、裂隙少的地段，段长仍以5〜6m为宜。在岩石发育、渗漏性大的地段，段长应适当缩短，宽大岩溶裂隙和大溶洞地段，应单独处理。、坝的高低等而定。同时还要考虑灌浆压力、坝的高低等而定。同时还要考虑当帷幕钻孔较深时，以采用较高的压力为宜。在不招致岩石的破坏和岩面抬动的条件下，坝基灌浆常达到4〜6MP的压力。在裂隙或溶洞内的充填物被允许不予清除的情况下，更应使用大的压力灌浆，使浆液与充填物紧密结合，既起到防渗的作用，也提高抗冲刷的能力，防止因长期在水库水头的作用下产生管涌的危险。同时考虑到深帷幕的钻孔底部有产生过大偏斜的可能性，也有必要使用大压力灌浆，使浆液扩散范围大些，以保证帷幕的连续性和密实性。国外有的学者不主张采用很高的压力进行灌浆，认为压力过高将在岩石中产生一些人为裂隙，这些裂隙很细小，尔后难以用水泥灌浆来进行弥补处理。他们也认为帷幕灌浆采用的压力应通过灌浆试验来确定，最大压力应低于如图12-3中所示的PA即不要超过弹性极限点。对于具有缓倾角裂隙或呈层状结构的岩石，尤应采用较低的压力，这些意见可供灌浆工作中参考。总之，选择灌浆压力值宜慎重。既不要因压力过大而破坏岩石；也不要因压力过小而降低灌浆效果。一般说来，靠近地表的宜采用较低压力；深部的岩石可采用较高的压力。5．大溶洞、大溶缝的处理原则和方法在岩溶发育的石灰岩基础上进行灌浆，常感到困难的有以下三个问题：（1） 溶洞、溶缝中的充填物是否需要清除我们认为作为防渗帷幕，溶洞中充填的粘土可以不必进行专门的冲洗，因为粘土本身并不透水，但应注意粘土的渗流稳定问题。如充填物不密实、不稳定，则一定要采取有效的措施，例如通过高压灌浆将其压密压实，使其在设计水头作用下，能保持长期稳定。若系进行固结灌浆，则应尽量将粘土清除干净。清除充填物一般多采用气、水高压冲洗的方法，为了增进冲洗效果，必要时还可在冲洗液中加入一些化学剂，用以促进泥质充填物加速溶解，使之易被气、水所冲出。南斯拉夫的经验是按三角形布孔为好，一孔进气，一孔进水，从另一孔中冲出泥水，三孔相互轮换，重复上述冲洗工作。南斯拉夫有一个工程就是采用了这种方法冲出了大量粘土。（2） 怎样处理溶洞、溶缝中充填的粘土一般的处理原则是，对地表或埋藏较浅的溶洞，尽量采用开挖、回填的方法处理。在基坑开挖时，挖深至溶洞，而后将溶洞中的充填物挖除干净，回填混凝土。若溶洞埋藏较深，可以采用灌浆方法；必要时也可开挖竖井，或钻大口径钻孔直达溶洞，人员下入洞中，清除出充填物，回填混凝土，而后根据需要再进行密实性灌浆。（3） 怎样来灌注、填实这些溶洞和溶缝通常采用的灌注原则是：先封闭，再密实。其施工方法是：溶洞中充填物不多、有很大的空间时，可以先投入卵砾石，填满后灌注水泥砂浆，经过一定时间后，再在此部位二次钻孔灌注水泥浆，使溶洞进一步被充填密实。以低压灌注较浓的混合浆液，如水泥粘土浆或水泥砂浆等。待单位吸浆量显著减少时，再提高压力，改灌常规浓度的浆液。在吸浆量很大不起压力时，可采用间歇灌浆即停停灌灌的方法处理，直至通道堵塞为止。最后再将此段重新钻开，用水泥浆进行补灌，增强帷幕的密实性。在由多排灌浆孔所构成帷幕的情况下，两个边排孔可以考虑采用限量法灌浆，压力也可稍低些，但中间排孔的灌浆需要达到正常的结束标准才可结束灌浆。综上所述，解决这些问题，至今尚无一套成熟和定型的处理措施，一般仍多凭经验，参考同类工程的实践和工地的灌浆试验成果，因地制宜地进行处理工作。例如五里冲无坝水库帷幕线路上遇见了KM7、KM8两个大型溶洞，经研究确定采用防渗墙方案处理，详见本章第五节工程实例之III。美国道格拉斯大坝基础岩溶处理则是采用了钻大口孔和回填混凝土的方法，该坝基岩为岩溶特别发育的白云岩，溶洞、大裂隙多，该坝的南坝头基础岩溶溶洞长达120m,除有一段长15m、高达6m外，一般为1~3m高。为了清除洞内的充填物，每隔15m钻设一直径为106cm的钻孔直达溶洞所在深度，然后沿着溶洞走向开挖平洞清除充填物，并冲洗干净。为便于排水及防渗，在大口径钻孔下部的溶洞内回填混凝土，其它部位回填粘性土料并进行灌浆，见图12-4、图12-5。

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1一-地:hi；2—坝顶；：L宜桎MMtt釣钻?「4一溶州：2涪赳lr"―_1,.供应当注意的是，若采用以“灌”为主的防渗处理方案时，溶洞中的粘土质充填物，应检验其充填与胶结的程度，取出原状样品，做抗压、渗透、临界坡降及水中崩解等项试验。灌浆完毕后，宜做同类试验进行对比，以验证灌浆效果。只有在根据可靠的资料并通过实验，论证工程在将来运行期间不可能产生管涌和渗透破坏，确保大坝安全的情况下，这种充填物才可不予清除或不作特殊处理。第五节岩溶地区大坝帷幕灌浆工程实例I乌江渡水电站大坝帷幕灌浆乌江渡水电站大坝为混凝土拱型重力坝，坝高165m。一、地质简况坝址位于青岗岭倒转背斜东翼，背斜轴在坝址上游1km处，岩层自西向东倒转。大坝基础为三迭系玉龙山灰岩，其上下游有隔水性能较好的页岩，见图12-6。由于有页岩阻隔，对坝基防渗上有利。但由于受构造的影响，断层将沙堡湾页岩错开，在地下开成无页岩的缺口。例如左岸F20断层将页岩错断,形成宽0~34m的缺口，该处的单位吸水量s值一般为0.11〜2.5L/(minmm)；右岸F148断层将页岩错断，形成宽为4〜34m的缺口，该处的单位吸水量值一般较小，致使断层上下两侧灰岩直接连接，形成透水通道。坝区岩溶发育，两岸均有暗河，已见岩溶洞穴约170个，体积约86000m3。坝区岩层经过构造变动倒转后，断裂多，据不完全统计，坝区内已见断层572条，除F20、F148、F50、F120等较大断层外，其它的断层延伸长度一般不超过100m。裂隙以构造裂隙为主，北西西向的裂隙最发育，在右岸最发育区则形成宽约17m的裂隙密集带，具连贯性，密度达5条/m,裂隙率达5%,普遍含有夹泥，透水性强。16C.17CU0,12-516C.17CU0,12-5坝基地质纵剖恻7F意图⑴一込乐平煤迟：②一序艮％裁材；3；—「沙常碑顶臺;©-Tf扎龙山灰岩?⑤一可九《1阵页豁⑧巩芋草二、帷幕设计大坝基础防渗采用以水泥灌浆帷幕为主，右坝肩少数部位辅以防渗墙以及开挖回填混凝土的综合处理措施。帷幕线总长1175m,截水面积约为18.9万m2,设计灌浆工程量19万m。帷幕布设帷幕的布设见图12-7,采用的是分层搭接式的帷幕，搭接长度为5m，见图12-8。在河床坝体内设置灌浆廊道,两岸设置灌浆平洞,左岸四层,右岸五层。各层平洞高程大致与岩溶发育部位相适应,相邻平洞上下相隔约30~40m。图12了踊浆瞬澤布设示意匣图12了踊浆瞬澤布设示意匣1一片冷鶯浆平狷*K 匸…用岸龍浆戏氓*怅：::机…裁Om；3—#^^<761814—覗誥土防遵跖惴厚・+5〜ZDm；5—瀑無世科底线1斤一弼水7?55 •>.-1-亠iV717 \」、枣曲——\■'一\评也-\”：\2)灌浆孔排数、排距和孔距水头大于60m的坝基及坝肩地段,帷幕设置三排孔,绕坝渗漏冬.r孔深(m)冬.r孔深(m)最大允许灌浆压力(10N/cm20~2102~3253~5405~106010m以下每5m为一段60表12-1灌浆压力表團1^-S灌浆几分煤搭接图

｛住度和筍萍的单忡：m.)

】-灌浆平碣，2—渝浆椎；SL3—放刖狀进接唯毎地段为两排孔。水头小于60m的坝基及坝肩地段，设置两排孔，绕坝渗漏地段为一排孔。三排孔帷幕，排距为1.5m，局部为1.1m；两排孔帷幕，排距为1.2〜1.8m,孔距一般均为2m。帷幕深度根据勘探成果，原认为河床部位高程520m,两岸高程600以下没有大溶洞，故河床部位帷幕深度一般设计为80m，两岸则为40〜50m。在灌浆施工期间，发现深部仍有大溶洞，故将帷幕底线延深，左岸部分地段延伸至河床以下200m,最大钻孔深度达260m,见图12-7。灌浆压力灌浆压力按表12-1所列数值来控制。为防止岩层抬动或引起坝体混凝土的不利变形，在地质不良及坝内廊道底板以下混凝土厚度较薄的部位，则需减小灌浆压力。灌浆压力以在回浆管上安装的压力表读数为准，读数以指针摆动的最大值计。帷幕质量标准幕体透水性：左岸680m咼程，右岸700m咼程以下坝基及河床坝基：3<0.005；左岸680m高程，右岸700m高程以上坝基和坝肩以外绕渗区：3<0.01。扬压力衰减系数：a]W0.5；a2W0.3。三、帷幕灌浆施工采用“小口径钻孔，孔口封闭、自上而下分段灌浆”的方法施工，分段长度已如前述。孔口管埋入岩石中不少于2m。灌浆采用纯水泥浆液，灌浆压力最大为6MPa,溶洞中的充填不进行专门的冲洗。使用的水泥为不低于600号的普通硅酸盐水泥，要求其比表面积不小于3000cm2/g。水泥浆拌制采用设置集中制浆站,管路输浆,分别供送各机组使用的方法。集中制浆的浆液浓度为0.5：1,进行灌浆时再自行加水调制成所需配比的浆液。每段灌浆前均做30min简易压水试验，压力为1MPa，注入水量每5min记录一次，以提供灌前的单位吸水量值。灌注浆液遵循由稀到浓的原则逐级改变，浆液的水灰比采用8、5、2、1、0.8、0.7、0.6、0.5共八个比级。起始水灰比一律采用8：1。灌浆过程中，压力的大小根据浆液注入量的多少来控制，如表12-2所示。当采用浓度最大的浆液，注入量很大，并且一直升不起压力，耗灰量达201时，便采用限流灌注，将注入量逐渐减至5〜10L/min。若限流灌注无效而耗灰量超过301时，则改用间歇灌浆。9）灌浆结束标准，同时满足下述两个条件时，即可结束灌浆:灌浆段吸浆量小于0.5L/min,持续时间不少于lh；达到设计最大允许压力的持续时间不得少于1h30min。表12-2 灌浆压力控制表浆液注入率（L/min）>5050〜3030~2020~10<10灌浆压力（MPa）0.50.5〜1.01.0〜2.02.0~3.0设计最大压力四、帷幕灌浆效果检查防渗帷幕工程自1977年10月开始，截至1983年8月，总进尺191554m，岩石中灌浆182667m,耗用水泥537131,平均单位注入水泥量约为294kg/m。1．水泥注入量与灌浆孔序的关系水泥注入量随灌浆孔次序的增加而减少，今列出该工程一些地区的灌浆成果资料用为示例，见表12-3。表12-3部分地区各排中各次序孔的单位水泥耗量（kg/m）廊道部位下游排上游排中间排IIIIII平均IIIIII平均IIIIII平均河床（618m高程）131.333.916.549.911.636.511.617.83.77.72.03.9右岸（640m高程）1032.2254.153.3375.894.645.715.448.935.512.013.118.4右岸①（717m高程）1822.4461.8231.0668.1331.8176.743.9134.0注①帷幕为两排孔。2．灌后压水检查钻了113个帷幕检查孔，其成果见表12-4，帷幕防渗性能良好，符合设计要求，其中河床坝段帷幕检查孔压水试验s值最大者仅为0.002（0.2Lu），灌浆质量更优于两岸。表12-4 帷幕压水检査结果孑L数总孔深（m）段数百分数单位吸水量［L/（min.m.m）］W0.001W0.005W0.01>0.01段数和百分数1177102411371163141136330100%87%96.6%98.8%1.2%3．渗压观测实测a?值仅约为0.10或小于0.10。河床坝段尚有较多的观测孔，其中扬压力高程低于下游常水位高程，完全满足设计要求。4．渗流观测1983年11月，水库水位约756.0m高程时（设计正常高水位为760m），大坝基础总渗水量为30.77m3/d。5．溶洞中充填的软粘土的力学性能溶洞泥中粘粒含量为50%，天然含水量接近液限，有的呈半流态，抗渗稳定性差，容重仅l.lg/cm3。经高压灌浆后，浆液穿入粘土中，浆脉呈网络状，形成骨架，并将粘土压密压实，力学性能大为提高，平均容重为1.26g/cm3,抗压强度可达1.0〜2.5MPa,静弹模达到1.65〜3.60GPa。综观乌江渡大坝帷幕灌浆施工，其主要特点有：采用了“小口径钻孔、孔口封闭、自上而下、分段灌浆”的新工艺，其主要优点是：①操作简便；②减少了孔内凝塞事故；③可以使用大的灌浆压力，最高可达8MPa；④能自行复灌，提高灌浆质量；⑤钻孔口径小，提咼了钻进效率。采用高压灌浆技术，提高了溶洞充填粘土的物理力学性能，确保其抗渗稳定，故而无需进行专门的冲洗。这样不仅提高了灌浆帷幕质量，又省去了专门冲洗的工序。采用集中制浆措施，其主要优点是：①保证了水泥浆及时连续供应，从而保证了灌浆质量和施工进度。乌江渡帷幕灌浆工程每日需用水泥100t左右。这样大的水泥用量若和过去一样，采用人背、车运分散运送，各机组自行制浆的方法，则不仅需用大量劳动力，且难以保证连续供应；②减少了运输水泥的劳动强度，节省了大量的劳动力；③基本消除了灌浆廊道和灌浆平洞内空气中的水泥粉尘污染，保证施工人员的健康。II东风水电站大坝帷幕灌浆东风水电站位于乌江中游，大坝为双曲率抛物线薄拱坝，坝高162m，坝顶高程978m，顶宽6m，底宽25m,分为12个坝段。坝址年平均流量345m3/s。一、库区地质条件东风水电站库区岩溶发育，尤以右岸最甚，数量多，规模大，并形成了鱼洞、凉风洞两大复杂的暗河系统。因此，防止水库渗漏就成为该水电站最突出的难题。根据三十多年的勘测资料分析，鱼洞和凉风洞两暗河系统间有一鼻状地下分水岭，其顶部高程为900m〜940m，分水岭以上两暗河系统相互联通。水库蓄水超过此高程后，库水将由右岸鱼洞暗河灌入通过河弯地段，向下游凉风洞暗河渗漏，形成大的渗漏通道。故对该地段的防渗处理又成为“重中之重”。二、防渗线路的选择东风水电站坝基和库区帷幕线路的布设共有4个方案，经过多年的研究、论证、类比，最后选定的是利用两暗河系统间地下分水岭的第四方案。该方案主要优点是：沿帷幕线主要溶洞基本查清；可以和厂坝帷幕相连，有利于整体防渗；施工受地下水的影响较小；施工支洞布置较方便。三、帷幕线路地质条件帷幕线通过的地段，河床地段较好，左岸次之，右岸岩溶极为发育，库区尤甚。沿帷幕线出露地层自左向右主要有下三叠系(T])①永宁镇灰岩；②九级滩页岩；③玉龙山灰岩；④沙堡湾页岩；上二叠系(P2)⑤长兴灰岩；⑥龙潭煤系；⑦玄武岩；和下二叠系(P])⑧茅口灰岩；⑨楼质？灰岩，共计9层，其中①、③、⑤、⑧、⑨为可溶岩，余者为非可溶岩。帷幕线通过的断层有几十条，对防渗帷幕影响大的主要有F、F、F、F、F、F、F、F、F、70 4 7 34 35 6 30 29 49F、F、F、F、F等十几条。27 56 1 47 57岩溶发育主要受断层的影响，其中大的溶洞有Kl978、K5978、K6978、邑?*以及K^、阻抒、耳]等。大的断层和大的溶洞给帷幕整体防渗和帷幕灌浆施工带来极大困难。

四、防渗帷幕设计1．帷幕端点根据钻孔水文资料分析，左岸21#孔孔内水位超过正常蓄水位，确定为帷幕的起点。右岸帷幕线绕过地下厂房后，沿鼻状分水岭走向，终于27#孔。根据网络模拟试验，水库蓄水后，该孔地下水位达正常蓄水位以上。2．帷幕底限根据地质条件和建筑物的布置来确定。左岸、河床和右岸，以及厂坝区基本上均以九级滩页岩为底限，属接地式帷幕。右岸、库区为悬挂式帷幕，深入地下水位40m以上，地质条件复杂地段，帷幕加深。不同部位的底限高程见表12-5，灌浆帷幕布设见图12-9。表12-5设计帷幕底限高程表位置桩号（m）高程（m）0+000.0-0+060.0840.0左0+060.0-0+120.0780.00+120.0-0+360.0790.0岸0+360.0-0+580.0777.00+580.0-0+600.0760.0-750.0河床710.00+656.0-1+087.5740.0-823.0右1+087.5-2+276.0813.0-818.02+276.0-2+608.0853.0岸3+608.0-3+121.6819.04+121.6-3+644.0910.0V915匚£妙E'L,吕呼V915匚£妙E'L,吕呼号号,E.TiY.图辽虫坝基灌浆帷幕布设不意战！1〕一灌浆.廊追「2；寒養甲弗：筒•岩出好卑纸；g椎毒底戦f富：-“拱U1：口心藏TM—九缴锻页岩*T|Yn疽宁換艇岩*……岩层井界线；一-帷幕底粗3．帷幕灌浆设计设计参数依地质条件、帷幕防渗的重要性、库水深度等情况而定，见表12-6。4．设计工程量防渗线路长3.65km，防渗面积550000m2,防渗帷幕灌浆量321500m,为国内首位。表12-6 帷幕灌浆设计参数位置排数孔距（m）排距m）压力(MPa)防渗标准（Lu）备注左岸975.5m以下1-23.01.13-43-5915.0m以下23.01.14-51-3860.0m以下23.01.151坝基830.0m22.51.151左、右坝肩2-32.0,1.00.5,0.63-41-3放射状布孔右岸厂前区978.0m22.51.143局部加强915.0m22.51.151851.0m22.51.151右岸库区978.0m1-23.01.135在断层处力口密915.0m1-23.01.145851.0m1-23.01.153五、防渗帷幕施工1．施工部位坝体内设一灌浆廊道，底板高程830.0m,左右岸各开挖三条灌浆平洞，左岸平洞高程分别为860.0m、915.0m、975.5m；右岸平洞高程分别为851.0m、915.0m和978.0m。2．灌浆方法采用“孔口封闭、孔内循环”灌浆法，最大灌浆压力5MPa。3．工程完成情况各部位帷幕灌浆施工和检查孔各段压水试验情况见表12-7。坝基部位注入量少，单位平均注入量仅为24.3kg/m；库区部位注入量大，右岸851m和978m灌浆平洞平均单位注灰量分别为537.4kg/m和614.0kg/m。4．灌浆施工特点（1） 受溶洞和溶蚀裂隙的影响，注入量大的孔段不多，但其注入量之和却在总注入量中占很大比例。据不完全统计；单位注入量大于1000kg/m的孔段累计长度占总量的3.25%，而其注入量之和却占总注入量的67.7%。单位注入量小于100kg/m孔段的累计长度占总量的89.93%，其注入量之和仅占总注入量的14.85%。（2） 一般岩石中，排或序之间的单位注入量呈现递减规律，但在岩溶发育、溶洞和溶蚀裂隙多的地段，往往出现反常现象，只要后序次灌浆孔遇到溶洞或溶蚀裂隙，其单位注入量就会比前序次孔大，有时还大很多。（3） 遇到大溶洞，一个孔段灌浆常常需灌注多次，甚至十几次，才可能满足技术要求。5．灌浆质量检查仍以检查孔进行压水试验为主要手段，全工程共钻检查孔336个，压水4191段，合格的4181段，占99.8%，不合格的部位均进行了加孔补灌。灌浆质量满足设计要求。

表12-7 帷幕灌浆施工统计表工程部位帷幕灌浆检查孔数(个)压水试验孔数(个)工程量(m)总注入量(t)单位注入量(kg/m)总段数(段)合格段数(段)合格率(%)左岸860.00m34326923.643446.978128.024343343100.0左岸915.00m39923555.302500.700106.223259259100.0左岸975.50m25514967.143055.053204.120204204100.0坝体廊道830.00m13310012.30243.16024.39108108100.0左岸860.00m坝肩534427.8081.17018.346868100.0右岸851.00m坝肩241598.8828.29017.722424100.0左右岸915.00m坝肩674542.60223.44049.255656100.0左右岸978.00m坝肩1659188.301001.410109.015168168100.0右岸851.00m厂前区44218675.38801.08442.93426426299.2右岸915.00m厂前区41928806.403265.921113.434437437100.0右岸978.00m厂前区32022219.108222.155370.021280280100.0右岸851.00m库区1455882.403161.660537.4118888100.0右岸915.00m库区85267803.4017172.580253.367975975100.0右岸978.00m库区63051006.3831315.839614.067917909099.1合 计4247289609.4274519.440257.33364191418199.8表12-8坝基主帷幕后扬压力观测值表观测日期95.6.196.3.1596.8.1597.6.1998.1.1298.4.17最大值(MPa)日期水位(m)备注库水位(m)945.47937.91956.04957.59958.95944.32坝段孔口压力(MP)6#0.330.340.400.200.160.140.4595.7.2,962.98近期下降7#0.110.090.090.100.100.1001594.6.10, 930.48比较稳定8#0.190.220.230.240.250.2003396.12.31, 969.37基本稳定9#0.600.520.540.360.290.280.7096.2.2,962.72近期下降10#0.120.510.760.581.010.9210198.1.12, 958.951998年上升11#0.100.100.120.150.310.340.3498.4.17, 944.321998年有上升趋向注：灌浆廊道高程830.00m。六、扬压力和排水孔观测1．坝基扬压力和两岸帷幕后观测孔的观测各坝段1995年6月〜1998年4月坝基扬压力观测资料统计和分析见表12-8。其中唯10#坝段扬压力高，应予重视。6#、10#两坝段纵向扬压力值观测基本正常。另外，在两岸和库区帷幕后地质条件复杂部位设置有观测孔,997年11月11日库水位为968.54m,

观测孔测值见表12-9。历年观测资料显示无异常现象。2．帷幕后主排水孔观测高程830m灌浆廊道内，主帷幕后钻有40个排水孔，各时期排水情况见表12-10。表12-9两岸和库区观测孔测值(MPa)表测点位 置测值测点位 置测值G2左860.00m灌浆平洞F40.452G9右978.00m灌浆平洞(大冲沟)0.135G3右860.00m灌浆平洞0.360G10右978.00m灌浆平洞NE岔0.196G4右915.00m灌浆平洞F34G11右915.00m灌浆平洞NE岔0.130G5右915.00m灌浆平洞F60.020G12右978.00m灌浆平洞SE岔G6右915.00m灌浆平洞F300G13右m灌浆平洞F40.100G7右915.00m灌浆平洞F290.080G8右915.00m灌浆平洞F490.115表12-10 坝基主帷幕后排水孔排水情况表观测日期库水位(m)总孔数(个)不同排水量的孔数()排水总量1/min排F水孔排水量(1/min)0<11/min1-5>5K10K38K0K296.2.2963.234012243128.515.5643.2162.4483.94896.8.15965.04402893110.8752.7090.4491.76797.8.13969.274015231131.218.1442.34097.9.19968.254010281116.2752.4400.27898.1.2-3.21958.69962.924011.40018.6000.2400.260注⑵注：1排水总量资料很少，暂缺。2未反映其它排水孔出水情况。从表12-10可以看出,40个排水孔中大多数孔不排水，或涌水量小于1L/min。仅有K10、K38、K°、K2四孔涌水量较大。40个排水孔排水总量最大值为45.18Lmin，发生在1994年，相应库水位为923.0m,以后逐渐减小。1996年5月17日库水位938.17m,测得排水总量仅为20L/min。总体看，帷幕后40个主排水孔中除K10排水孔排水量大，已达18L/min外,其余孔排水量均不大。七、小结截止2002年，东风水库蓄水8年来，水位已达正常高水位970.0m,未发现异常渗漏，运行情况正常，灌浆帷幕具有良好的防渗效果。对10#坝段扬压力高的观测孔和6#坝段排水量大的K10孔均进行了处理，效果均较理想。m五里冲水库防渗帷幕及防渗墙五里冲水库位于云南省蒙自县，是利用岩溶盲谷，经防渗处理建成的无大坝水库。总库容约8000万m3,正常蓄水位1458m，相应水深106m。在帷幕灌浆施工中遇到了两大难题，几乎迫使工程停工缓建。一为在中层灌浆平洞开挖过程中遇到(KM7、KM8)巨型溶洞，经多次研究，反复比较，帷幕线路均无法绕过避开，最后确定下决心在该部位构筑一道防渗墙，以取代该部位原设计的灌浆帷幕；另一为在中、下层灌浆平洞开挖过程中遇到规模较大的岩溶坍陷体，国内外均无处理这类问题的先例，给帷幕灌浆施工带来极大困难，最终确定通过灌浆试验解决。一、水库地质条件1．地形地貌水库位于南盘江流域与红河流域的分水岭上，为一岩溶盲谷，由南北两支小溪流在龙宝坡汇合后向西南进入落水洞成为伏流，落水洞高程1352m。谷地两侧山体高差均在200m以上。2．岩性以近南北方向的大断裂为界，F1以东以板岩为主，灰石灰岩、白云岩，本区出露厚度大于450m。F1以西为个旧组灰岩第三段，以质纯，巨厚层至块状灰岩为主，灰一层厚35~65m含碳灰岩，个旧组灰岩在本区出露厚度大于361m。3．构造以F1及与之平行的F40、F41断层为主要控制性构造线。此外还有一系列的近东西走向的，如f32；北西走向的，如f51；以及北东走向的，如f56等较大的断层，这些都与防渗帷幕密切相关。岩溶及水文地质条件板岩一般不透水或极弱透水；白云岩岩溶不发育，透水性弱，故F1断层以东的地层可视为相对隔水层。F1断层以西的灰岩，岩溶强烈发育，形成管道式和溶隙式的岩溶含水层，地下水流向与主构造线一致，由北向南。岩溶发育下限为暗河以下100多m,高程约为1200m。主要工程地质问题本工程的主要工程地质问题是F1断层西侧的灰岩区的渗漏、塌陷，这一段在库区的西南角，长约1300m,是防渗处理的重点区域。二、防渗帷幕帷幕线长1333m,幕深260m,灌浆孔总长度约215000m。1．帷幕线路选择总原则是经灌浆处理后，能封住漏水通道，使岩体的漏水量控制在设计允许值内。同时要求线路尽可能短，尽可能避开或缩短通过强岩溶区，充分利用透水性弱的岩石夹层和高水位带。在保证幕体稳定条件下，减少工程量，降低工程造价。经过多次比较、研究，最后选定的帷幕线路，呈大写的L形，帷幕两端均插入弱透水层，幕底最低高程东西段1200m,北段1240m,中段1290m。灌浆平洞的布设帷幕深度260m，其中河谷以下150m。为了便于施工布设了上、中、下三层灌浆平洞，洞底高程分别为1460m、1408m、和1355~1335m。在上、中层灌浆平洞内施工的灌浆孔孔深50~70m；在下层灌浆平洞施工的灌浆孔孔深135~155m。3．帷幕设计和施工先进行了帷幕灌浆试验，而后进行帷幕灌浆设计，防渗帷幕剖面示意图见图12-10。图1210五里冲水库勖渗雜幕糾剖面示意图防渗标准上层平洞灌浆帷幕要求透水率qW3Lu；中、下层平洞灌浆帷幕要求透水率qWlLu。排数上层灌浆平洞内基本布设一排，局部地段为二排；中层和下层灌浆平洞内基本为两排。特殊地段增加了3~4排。孔距一般为2m,局部为1m。施工方法采用孔封闭灌浆法，分为III序施工。灌浆压力石灰岩地段，上、中、下层平洞内施工最大灌浆压力分别为4、5、6MPa；板岩地段分别为2、3、4MPa。施工过程中根据各层段的具体情况又做了些调整。灌浆材料以纯水泥浆为主，吸浆量大的孔段可掺用粉煤灰(水泥重量的30-40%)或砂。灌浆资料整理防渗帷幕完成情况见表12-11。各排各序单位注入量情况见表12-12。质量检查上、中、下三层灌浆平洞共布置检查孔307个，压水4076段，合格的3895段，合格率95.6%。不合格的181段，占4.4%，其中孔口段为116段，后经补强灌浆处理，全部达到防渗标准。表12-11防渗帷幕完成工程量灌浆平洞孔数(个)钻孔进尺(m)灌浆段长(m)注入水泥量(kg)掺粉煤灰量(kg)单位注入量(kg/m)备注底层10479412193583634199467.8中层121075829742659490464124924129.5上层869468654618815593820642174351.5合计312621681521403631426278767098150.4表12-12各排各序单位注入量 (单位kg/m)排序灌浆次序底层中层上层备注下游排(先灌排)I205469733II85163283III4656177上游排(后灌排)I2968500II2234380III1628336三、混凝土防渗墙在中层灌浆平洞0+298〜0+384m地段，发现KM7、KM8两个巨型溶洞，经研究确定采用构筑钢筋混凝土防渗墙方案处理。防渗墙主要起到防渗作用，水荷载则由墙后经综合处理的岩石—混凝土—水泥灌浆的混合材料拱承担。防渗墙高100.4m(高程1322.6〜1433.0m)，长50~30m,厚度在高程1408m以下为2.5m。墙体跨越KM7与KM8中间溶蚀残留岩体，多为夹泥块(碎)石结构。在地下岩体中构筑这样规模的防渗墙国内和国外均属罕见。墙体施工采用人工分层开挖与混凝土浇筑交替进行。开挖分为高程1370m以下，1370〜1408m和1408m以上三个高程平行施工，挖好一层，即时浇筑一层混凝土，施工条件较为困难。墙体共开挖土石方14755m3,浇筑混凝土15152m3。防渗墙浇筑完毕后，对墙后岩体进行了处理。在高程1408m以下，对墙后28~35m的范围内的洞隙松软岩体进行挖除，而后回填混凝土。高程1408m以上设置支墩，最后进行高压水泥固结灌浆。经处理后，墙后混合材料综合体纵波波速达到3200m/s以上，形成了“岩石拱”可作为混凝土防渗墙可靠的支撑。墙后开挖土石方34868m3,回填混凝土32639m3,高压固结灌浆5348m。截止1999年，经过三年多来的运行，墙体变形微小。防渗墙高度100.4m,设计新颖、独特、构思巧妙。在溶洞内施工，采用分层、分段、分区、分序多工作面主体作业,开挖与混凝土浇筑循环交替、交叉或平行作业,施工难度较大。本书编著者认为,仅就防渗墙设计和施工而言,已达到国际领先水平。四、大型岩溶的塌陷体处理帷幕线中层灌浆平洞1+131〜1+178m,上层灌浆平洞1+151〜1+182m为岩溶塌陷体，沿线长度约50m,最大高度80m,在帷幕线上总面积约3200m2。该溶塌体为古暗河管道上部及周边松动崩塌体与河流沉积,化学沉积物的混合岩体,上部以粗径崩塌物为主,下部以细粒流水沉积物为主,周边呈过渡型。溶塌体全部为松动岩体,在宽缝中沉积有粘土、砂、砾石等。曾比较过多种处理方案,最终确定采用加强高压灌浆方案。主要的技术措施如下：1．增加帷幕厚度在上层灌浆平洞中布设2排垂直孔和倾向下游的2排斜孔,共计4排,垂直孔深度延至中层灌浆平洞以下。在中层灌浆平洞布设3排垂直孔和倾向下游的2排斜孔,共计5排,再加上由上层灌浆平洞中延伸的2排垂直孔，实际上在此部位有7排孔，幕厚可达10m以上。2．注意施工次序先灌上、下游封闭排,再灌其间的各加密排的灌浆孔。控制灌浆压力由于溶塌体结构松散，注入浆量大，先灌的边排孔最大灌浆压力只能达2.0MPa,故采用随排序、孔序逐渐加密而将灌浆压力逐步提高的方法,保证中间排主帷幕孔灌浆压力在上层灌浆平洞达到3.0MPa，中层灌浆平洞达到4MPa。调整灌浆段长度除孔口段外，一般为3m,个别为1m,从第五段起使用最大压力。5．局部补强根据工程需要，局部地段再增设补强帷幕孔。提高浆液浓度开灌水灰比采用1：1。耗浆量大时，水泥浆液中掺入粉煤灰（II级灰标准），掺入量为水泥重量的40%，浆液水固比，水：（水泥+粉煤灰）=0.5：1。提高灌浆结束标准要求同时满足下列两条件方可结束灌注：①设计灌浆压力下，注入率小于1L/min,持续30min；②设计灌浆压力下总灌浆时间不少于60min。灌后，共钻14个检查孔，压水170段，仅有16段透水率q大于设计要求1Lu,且均位于孔口5m深度内，经补强处理后全部达到要求。五、小结五里冲水库自1996年建成后，截止2002年，已经过几年高水头蓄水考验，最大水深107.27m（超过设计水深1.27m）,各项监测数据表明，无异常变化，工程安全正常运行。五里冲水库工程设计先进，施工质量优良，工程安全可靠。W国内外其它岩溶地区大坝坝基处理我国隔河岩水电站、观音阁水库、江垭水库三座大坝帷幕灌浆设计和施工简况见表12-13。国外岩溶地区几座大坝坝基处理情况见表12-14坝名坝型坝高(m)坝顶高程(m)多年平均流量(m3/s)基岩地质条件及防渗帷幕设计和施工的主要难点帷幕设计和防渗标准防渗面积(万m2)隔河ULr石重力拱坝151206坝顶长653m,分为30个坝段390基岩为寒武系灰岩、页岩、页岩与灰岩互层、灰岩与泥灰岩互层。岩溶发育，有溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶缝、溶洞及其相互连通的岩溶管道。坝基范围内岩石裂隙发育，有几十条断层，并存在有松软的层间剪切破碎泥化带，有23条顺河断层和顺河向贯穿性岩溶通道系统穿过帷幕帷幕底线除左岸远河地段深入q〈1Lu界线以下5~10m外，其地段均深入石牌组页岩以下。河床地段布设三排孔：下游排孔深入页岩5,最大孔深约为120〜130；中排孔深为下游排孔深夜2的2/3~3/4；上游排孔仅深入301号层间剪切带下5m，深度约60。左、右两岸近河地段布设两排孔，其它地段原则上布设单排孔。防渗标准：高程160m以下q〈1Lu；160m以上q〈3Lu18.9观音阁碾压混凝土重力坝82267坝顶长1040m，分为65个坝段。36基岩主要为寒武系张夏组灰岩，透水性大，其下为崮山、长山组灰岩和页岩互层以及风山组底部“10m页岩”坝基岩溶发育，溶洞成群，溶沟、溶槽、溶蚀裂隙随外可见。左岸地质条件较好，河床地段次之，右岸断裂发育，断层密集，溶洞多且大，地质条件既坏又复杂，河床地段(宽约400多米)包括5号〜42号计38个坝段。帷幕深(最深100m)，基岩透水性大。另外，右岸坝外地段为悬挂式帷幕，防止渗漏是一难题帷幕线分为左岸、河床、右岸坝肩、右岸坝外四个地段。河床和左、右两岸幕底与10m页岩相连。右岸坝外地段幕底接在厚层白云质灰岩上，为悬挂式帷幕。左岸布设单排孔，河床21号〜29号坝段及右岸坝外地段近坝190m范围内，高程190m以下为三排孔，其余均为两排孔防渗标准：q〈1Lu18江垭碾压混凝土重力坝131245坝顶长367m，分13个坝段132基岩主要为下二叠系栖霞组层状灰岩，岩性不纯，易溶岩层和难溶岩层交替出现，易溶岩层透水性大。坝基范围内有F]]、F12、F19和F266等4条规模较小的断层，还有层间错动带19层和层间溶蚀带9层。在后者中K201>K202>K203>K301'k302连续性好，对坝基防渗影响大，故对7#、8#坝段坝基帷幕又进行几次补灌。帷幕为接地式，以P1q、D3h、D3x为相对不透水层。在河床和近河地段为三排孔，下游排为主帷幕，深入相对不透水层D3x5~10m，孔深70〜85m；中间排为副帷幕，孔深为主帷幕的2/3；上游排作为附加帷幕，斜向上游，倾角40，孔深钻到K201以下2m。其余地段多为两排，下游排为主帷幕，深入相对不透水层内2~5m，上游排副帷幕孔深为主帷幕的1/2。防渗标准：qW1Lu7.5

坝名灌浆廊道布置灌浆方法最大灌浆压力（MPa）帷幕灌浆完成情况灌浆帷幕质量和防渗效果施工年限隔河ULr岩设置坝体灌浆廊道（高程60m）；左岸四层灌浆平洞（高程60、107.5、166.5和210m）；右岸四层灌浆平洞（高程82.5，121.5，165和206m）孔口封闭，孑L内循环灌浆法。5帷幕线全长1490m，总计完成钻孔4250个，19291m，灌浆175784m，注入水泥14943.5t，平均单位注入量85kg/m（河床地段70kg/m）检查孔274个，压水试验3285段，均满足设计要求。幕后扬压力值均小于设计要求，其中有一些测压孔的扬压水位低于下游水位。坝基幕后主排水孔排水量：1996年7月4日观测，上游水位198.66m，下游水位84.92m，实测400个排水孔，其中有水涌出的254孔，涌水量大于1L/min的18个，最大为3.86L/min，总排水量为74.43L/min观音阁坝体灌浆廊道（咼程190m）；左岸三层短灌浆平洞（高程193、225和观262m）；右岸坝肩地段在灌浆平洞（高程190m）和坝体内爬坡廊道内施工；右岸坝外地段在灌浆平洞（高程190m）和地面施工孔口封闭，孑L内循环灌浆法。5帷幕线全长1631m，总进尺205765m，灌入水泥47000t，平均单位注入量228kg/m。河床地段三排孔单位注入量412kg/m，两排孔466kg/m检查孔220个，压水试验3039段，小于1Lu的3036段（其中小于0.5Lu的2921段），大于1Lu的3段，最大值为1.3Lu。幕后扬压力：河床5号〜42号38个坝段扬压力系数均小于设计值0.3，最大为0.17，其中有26个坝段测压孔的扬压水位低于下游水位。坝基幕后主排水孔最大排水总量为