论文部分内容阅读
摘 要：岩溶地区复杂的水文地质条件是水利水电工程建设中常遇的难题，鹿角坝洼地水库在已经探明地下渗流岩溶管道的条件下，在喀斯特洼地复杂渗流场中主要对浅层岩溶管道、深层岩溶管道及深大暗河的封堵技术进行了研究应用，针对实际情况综合应用多项封堵技术，成功封堵建库。这些封堵技术的应用对以后解决水利水电工程的渗漏问题具有借鉴指导作用。
关键词：喀斯特洼地；复杂渗流场；封堵建库；技术应用
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0132-02
1 引 言
在贵州喀斯特高原地貌中的峰丛洼地地貌区，具有分布最广且面积不等但数量最多的喀斯特洼地。这些洼地的水系分布相当复杂，水资源通过复杂的泄水渗流场转入地下，在地下存在着复杂的喀斯特管道和溶隙系统[1]。为了将喀斯特洼地的水资源利用起来，关键要成功封堵复杂渗流场[2]。
本文以鹿角坝洼地水库为例，展开对喀斯特洼地复杂渗流场封堵建库施工技术的研究，以期掌握一套成熟的综合施工技术，解决喀斯特洼地水资源开发利用的问题。
2 工程概况
鹿角坝水库位于开阳县双流镇境内的高榜河支流上，是一封闭条件较好的天然坡立谷，以灌结合堵形成的一座无坝水库。
该项目主要施工难度为：①浅层岩溶管道混凝土封堵封堵体的结构形式、嵌入方式；②深部岩溶管道灌浆封堵技术方法及工艺。上述两项施工技术及工艺，尤其是第二项施工技术及工艺是该项目成败的关键。
3 岩溶管道封堵施工技术
3.1 浅层岩溶管道封堵施工技术
浅层岩溶管道封堵要求为：封堵体长久稳定，与周边基岩结合良好，封堵体抗压强度不低于15MPa。
3.1.1 浅层岩溶管道封堵体封堵结构形式、嵌入方法
（1）无填充物浅层岩溶管道封堵：开口宽度小于20cm，填充细骨料混凝土直至岩溶结构填充密实；开口宽度大于20cm，岩溶结构周边基岩布设斜向注浆锚杆（锚杆尽可能接近水平），清理岩壁深度超过开口宽度的2倍，锚杆间钢筋连接后浇筑级配或二级配混凝土，待混凝土达到一定强度后对混凝土及周边基岩进行固结灌浆加强整体性。
（2）有填充物浅层岩溶管道封堵：开口宽度小于20cm，尽可能移除填充物，最小移除深度不小于开口宽度的2倍，填充细骨料混凝土直至岩溶结构填充密实；开口宽度大于20cm，尽可能移除填充物，最小移除深度不小于开口宽度的2.5倍，岩溶结构周边基岩布设斜向注浆锚杆（锚杆尽可能接近水平），清理岩壁深度超过开口宽度的2倍，锚杆间钢筋连接后浇筑一级配或二级配混凝土，待混凝土达到一定强度后对混凝土及周边基岩进行固结灌浆加强整体性。该处理为后续灌浆处理未移除填充物的前提，可保证灌浆处理时不轻易产生地表抬动和地表冒浆。
3.1.2 浅层岩溶管道封堵体施工
（1）抽排、引流积水及漏水。
采用抽水泵持续将岩溶结构内积水抽干，如有漏、涌水进行引流，随时保证岩溶结构及附近处于干地施工条件。
（2）岩溶结构周边基岩面清理。
待岩溶结构处于无水条件时，进行溶洞充填物及周边岩壁清理。能采用机械清理尽量采用机械清理，机械无法清理时采用人工对充填物清理、转移；岩溶结构岩壁清理一律采用人工清理。清理标准按照混凝土浇筑基岩面验收要求进行。
（3）注浆锚杆施工。
①材料：锚杆材料及规格按照设计图纸的要求，采用Ⅱ级螺纹钢筋，单根长3.0m，杆体使用前调直、除锈。注浆锚杆的水泥浆采用强度为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
②钻孔：锚杆孔开孔前按照设计图纸要求进行孔位校核，其孔位偏差不大于20cm。采用YT28型手风钻进行钻孔施工，锚杆孔的孔轴方向按照设计图纸要求控制。注浆锚杆钻孔孔径大于锚杆直径15mm以上。锚杆孔钻孔深度为入岩2.5～2.9m，外露10～50cm，孔深偏差不大于5cm。钻孔结束后，将孔内残渣用气、水冲净，孔口应妥善保护，以免掉入杂物。
③注浆：采用先注浆后安装锚杆的施工程序。水灰比在1：0.38～1：0.45之间。采用先注浆后插入锚杆的施工方法。
（4）混凝土堵体浇筑施工。
①混凝土工程工艺流程：清理完基岩面、注浆锚杆施工完毕再次清洗后，便进行混凝土浇筑施工。
②混凝土原材料技术指标及制备：使用强度等级不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥，其细度、安定性和凝结时间等应满足施工图纸规定的C15混凝土性能要求。砂符合混凝土的拌制要求，骨料粒径应在5～40mm之间。
③混凝土施工方法。
a.基础或施工缝面处理：人工采用风镐处理，按设计要求做结构缝面处理，施工缝人工凿毛。
b.仓面验收：冲洗仓面，同时准备好验收资料，请监理工程师验收仓面并签写开仓证。
c.混凝土浇筑：混凝土入仓采导管或溜槽直接入仓，振捣器振捣，对称均匀下料，使混凝土面均匀水平上升。
d.混凝土养护：为保证混凝土质量，设置专人对混凝土进行均匀洒水养护，保持混凝土表面湿润。
（5）灌浆处理[3]。
溶洞混凝土封堵体完成7d后，進行溶洞周边固结灌浆。灌浆孔布置，岩溶管道开口小于50cm不进行灌浆处理，开口大于50cm的钻孔按照沿岩溶管道结构边线布孔孔距1.0m原则布孔，最小布孔数不小于2个，采用“孔口封闭或孔内卡塞、自上而下、孔内循环、分段灌浆”的工艺进行。灌浆深度5m，最大灌浆压力0.5MPa。
3.2 深层岩溶管道及深大暗河封堵施工技术
深层岩溶管道由于埋深大、发育形式复杂等因素制约，采用钻孔封堵、灌浆成幕阻水成坝的施工工艺。
帷幕灌浆成单孔布置，在岩溶发育部位可视情况加密钻孔或布置双排、多排帷幕，以形成阻水帷幕。
3.2.1 小型溶蚀结构灌浆处理工艺
根据鹿角坝水库工程地质勘探结果，在埋深23m以上溶蚀结构发育均较小，且大多为充填型溶洞，少部分为半充填型，充填物以粘土为主夹杂少量碎石。
针对此种半充填和全充填溶蚀结构，实践总结出了一套行之有效的处理模式，工艺流程如下：补充勘探→充填级配料（半充填溶洞）→级配料预固结灌浆（全充填溶洞直接灌浆不投料）→高压喷射灌浆挤密→帷幕灌浆→质量检查。
3.2.2 大型溶蚀结构灌浆处理工艺
在埋深24m以下的大型溶蚀结构中，分为暗河经过溶洞和全充填、半充填饱水溶洞。对全充填、半充填饱水溶洞沿用了埋深23m以上小型溶洞的处理方式，只是个别溶洞空腔较大的情况下，在大口径钻孔后回填了部分混凝土。
针对本工程所遇Ⅲ-3-3溶洞，其溶洞发育规模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水，情况复杂，处理难度极大。经研究探索综合应用了多种堵漏技术，并创造性的采用了阻水栏栅。具体工艺流程如下：补充勘探→设置钢管格栅→设置模袋→模袋充填灌浆→充填级配料→级配料预固结灌浆（膏状浆液或水泥水玻璃双液灌浆）→灌注砂浆→帷幕灌浆→质量检查。
4 结束语
在贵州进行水利水电工程建设，岩溶地区的渗漏已经成为必须克服的主要问题，解决了这个问题就是解决了该地区大多数水利水电工程建造中的通病。因此，本工程中复杂渗流场封堵施工技术的研究应用具有里程碑的意义。
参考文献
[1]宋林华，房金福，邓自民，刘 宏.喀斯特洼地的分形特性研究[J].地理研究，1995.
[2]邹成杰.岩溶区地温场与岩溶渗漏问题的研究.中国岩溶，1989，8（2）.
[3]朱录才.灌浆施工技术在水利工程中的应用.科技传播，2011：2～8.
收稿日期：2018-4-12
关键词：喀斯特洼地；复杂渗流场；封堵建库；技术应用
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0132-02
1 引 言
在贵州喀斯特高原地貌中的峰丛洼地地貌区，具有分布最广且面积不等但数量最多的喀斯特洼地。这些洼地的水系分布相当复杂，水资源通过复杂的泄水渗流场转入地下，在地下存在着复杂的喀斯特管道和溶隙系统[1]。为了将喀斯特洼地的水资源利用起来，关键要成功封堵复杂渗流场[2]。
本文以鹿角坝洼地水库为例，展开对喀斯特洼地复杂渗流场封堵建库施工技术的研究，以期掌握一套成熟的综合施工技术，解决喀斯特洼地水资源开发利用的问题。
2 工程概况
鹿角坝水库位于开阳县双流镇境内的高榜河支流上，是一封闭条件较好的天然坡立谷，以灌结合堵形成的一座无坝水库。
该项目主要施工难度为：①浅层岩溶管道混凝土封堵封堵体的结构形式、嵌入方式；②深部岩溶管道灌浆封堵技术方法及工艺。上述两项施工技术及工艺，尤其是第二项施工技术及工艺是该项目成败的关键。
3 岩溶管道封堵施工技术
3.1 浅层岩溶管道封堵施工技术
浅层岩溶管道封堵要求为：封堵体长久稳定，与周边基岩结合良好，封堵体抗压强度不低于15MPa。
3.1.1 浅层岩溶管道封堵体封堵结构形式、嵌入方法
（1）无填充物浅层岩溶管道封堵：开口宽度小于20cm，填充细骨料混凝土直至岩溶结构填充密实；开口宽度大于20cm，岩溶结构周边基岩布设斜向注浆锚杆（锚杆尽可能接近水平），清理岩壁深度超过开口宽度的2倍，锚杆间钢筋连接后浇筑级配或二级配混凝土，待混凝土达到一定强度后对混凝土及周边基岩进行固结灌浆加强整体性。
（2）有填充物浅层岩溶管道封堵：开口宽度小于20cm，尽可能移除填充物，最小移除深度不小于开口宽度的2倍，填充细骨料混凝土直至岩溶结构填充密实；开口宽度大于20cm，尽可能移除填充物，最小移除深度不小于开口宽度的2.5倍，岩溶结构周边基岩布设斜向注浆锚杆（锚杆尽可能接近水平），清理岩壁深度超过开口宽度的2倍，锚杆间钢筋连接后浇筑一级配或二级配混凝土，待混凝土达到一定强度后对混凝土及周边基岩进行固结灌浆加强整体性。该处理为后续灌浆处理未移除填充物的前提，可保证灌浆处理时不轻易产生地表抬动和地表冒浆。
3.1.2 浅层岩溶管道封堵体施工
（1）抽排、引流积水及漏水。
采用抽水泵持续将岩溶结构内积水抽干，如有漏、涌水进行引流，随时保证岩溶结构及附近处于干地施工条件。
（2）岩溶结构周边基岩面清理。
待岩溶结构处于无水条件时，进行溶洞充填物及周边岩壁清理。能采用机械清理尽量采用机械清理，机械无法清理时采用人工对充填物清理、转移；岩溶结构岩壁清理一律采用人工清理。清理标准按照混凝土浇筑基岩面验收要求进行。
（3）注浆锚杆施工。
①材料：锚杆材料及规格按照设计图纸的要求，采用Ⅱ级螺纹钢筋，单根长3.0m，杆体使用前调直、除锈。注浆锚杆的水泥浆采用强度为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
②钻孔：锚杆孔开孔前按照设计图纸要求进行孔位校核，其孔位偏差不大于20cm。采用YT28型手风钻进行钻孔施工，锚杆孔的孔轴方向按照设计图纸要求控制。注浆锚杆钻孔孔径大于锚杆直径15mm以上。锚杆孔钻孔深度为入岩2.5～2.9m，外露10～50cm，孔深偏差不大于5cm。钻孔结束后，将孔内残渣用气、水冲净，孔口应妥善保护，以免掉入杂物。
③注浆：采用先注浆后安装锚杆的施工程序。水灰比在1：0.38～1：0.45之间。采用先注浆后插入锚杆的施工方法。
（4）混凝土堵体浇筑施工。
①混凝土工程工艺流程：清理完基岩面、注浆锚杆施工完毕再次清洗后，便进行混凝土浇筑施工。
②混凝土原材料技术指标及制备：使用强度等级不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥，其细度、安定性和凝结时间等应满足施工图纸规定的C15混凝土性能要求。砂符合混凝土的拌制要求，骨料粒径应在5～40mm之间。
③混凝土施工方法。
a.基础或施工缝面处理：人工采用风镐处理，按设计要求做结构缝面处理，施工缝人工凿毛。
b.仓面验收：冲洗仓面，同时准备好验收资料，请监理工程师验收仓面并签写开仓证。
c.混凝土浇筑：混凝土入仓采导管或溜槽直接入仓，振捣器振捣，对称均匀下料，使混凝土面均匀水平上升。
d.混凝土养护：为保证混凝土质量，设置专人对混凝土进行均匀洒水养护，保持混凝土表面湿润。
（5）灌浆处理[3]。
溶洞混凝土封堵体完成7d后，進行溶洞周边固结灌浆。灌浆孔布置，岩溶管道开口小于50cm不进行灌浆处理，开口大于50cm的钻孔按照沿岩溶管道结构边线布孔孔距1.0m原则布孔，最小布孔数不小于2个，采用“孔口封闭或孔内卡塞、自上而下、孔内循环、分段灌浆”的工艺进行。灌浆深度5m，最大灌浆压力0.5MPa。
3.2 深层岩溶管道及深大暗河封堵施工技术
深层岩溶管道由于埋深大、发育形式复杂等因素制约，采用钻孔封堵、灌浆成幕阻水成坝的施工工艺。
帷幕灌浆成单孔布置，在岩溶发育部位可视情况加密钻孔或布置双排、多排帷幕，以形成阻水帷幕。
3.2.1 小型溶蚀结构灌浆处理工艺
根据鹿角坝水库工程地质勘探结果，在埋深23m以上溶蚀结构发育均较小，且大多为充填型溶洞，少部分为半充填型，充填物以粘土为主夹杂少量碎石。
针对此种半充填和全充填溶蚀结构，实践总结出了一套行之有效的处理模式，工艺流程如下：补充勘探→充填级配料（半充填溶洞）→级配料预固结灌浆（全充填溶洞直接灌浆不投料）→高压喷射灌浆挤密→帷幕灌浆→质量检查。
3.2.2 大型溶蚀结构灌浆处理工艺
在埋深24m以下的大型溶蚀结构中，分为暗河经过溶洞和全充填、半充填饱水溶洞。对全充填、半充填饱水溶洞沿用了埋深23m以上小型溶洞的处理方式，只是个别溶洞空腔较大的情况下，在大口径钻孔后回填了部分混凝土。
针对本工程所遇Ⅲ-3-3溶洞，其溶洞发育规模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水，情况复杂，处理难度极大。经研究探索综合应用了多种堵漏技术，并创造性的采用了阻水栏栅。具体工艺流程如下：补充勘探→设置钢管格栅→设置模袋→模袋充填灌浆→充填级配料→级配料预固结灌浆（膏状浆液或水泥水玻璃双液灌浆）→灌注砂浆→帷幕灌浆→质量检查。
4 结束语
在贵州进行水利水电工程建设，岩溶地区的渗漏已经成为必须克服的主要问题，解决了这个问题就是解决了该地区大多数水利水电工程建造中的通病。因此，本工程中复杂渗流场封堵施工技术的研究应用具有里程碑的意义。
参考文献
[1]宋林华，房金福，邓自民，刘 宏.喀斯特洼地的分形特性研究[J].地理研究，1995.
[2]邹成杰.岩溶区地温场与岩溶渗漏问题的研究.中国岩溶，1989，8（2）.
[3]朱录才.灌浆施工技术在水利工程中的应用.科技传播，2011：2～8.
收稿日期：2018-4-12