对青海省互助县南门峡病险水库的防渗处理的研究.docx

1、对青海省互助县南门峡病险水库的防渗处理的研究8. 对南门峡岩溶区病险水库的防渗设计研究-灌浆完全失败的例子（！）工程和地质概况南门峡水库位于青海省互助县。大坝为壤土斜心墙坝，坝高 47米，坝顶长467米。河水位2734米，正常蓄水位2778米，抬高水头44米，回水长度1.85 KM.原设计库容3050万 m。1981年试蓄水，1982年正式投入运行，1984年大坝填筑全面完成。目前，由于坝基渗漏和绕坝渗漏，现总库容只能1840万m。 库坝区的岩性，主要为震旦系中统（Z2K）弱可溶性白云岩、硅质白云岩、灰云岩夹少量炭质页岩及片岩，总厚1647米。中统底部（Z2k）和下统（Z1g）, 1为非岩溶性

2、的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩，厚度大于325米。新老第三系为粘土岩、砂岩、砂砾岩，厚度大于950米。第四系更新统由冰水卵砾石，黄土、黄土状亚粘土等组成，厚度大于260米。全新统冲积砂、卵石，厚度约60米。水库处于西宁盆地北沿，由近东西向的3条大断层组成推覆式构造，耸立于盆地北部的北北东向长条形山脊。岩层多陡倾。南门峡河为中上更新世时期形成的横向河谷。这里的岩溶发育经历了两个时期，即第三纪以前形成的古岩溶和以后形成的现代岩溶。前者多被后期物质所充填，但后期复活了。本区岩溶多以小洞2穴和溶隙为主，顺层面、近平行河流和垂直河流方向发育，有些沿断层发育。基岩内的地下水位低平，但仍属地下水补给河水类型。

3、（2） 水库水向邻谷渗漏问题1 ） 左岸 距水库约8 km 有平行南门峡水库的巴扎河，其水位2820米，属高临谷，不可能形成水库向高临谷渗透，但有可能形成高临河水补给南门峡水库。2 ） 右岸 距水库16km 有北川河及其支流东乡河，河水位最低时为2450米低于库水位2778米，有渗漏的地形和地貌条件。但库首有非岩溶性的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩分布，还有大片新老第三系粘土岩、砂岩、砂砾岩分布，且库盆的可溶岩没有通向北川河及其支流东乡河，所以水库向右临谷渗漏可能性不大。非岩溶性的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩，厚度大于300米。新老第三系为粘土岩、砂岩、砂砾岩，厚度大于950米。第四系更新统由冰水卵

4、砾石，黄土、黄土状亚粘土等组成，厚度大于260米。全新统冲积砂、卵石，厚度约60米。30003590米，地下水分水岭以上有222812米厚的岩体，降水尚未渗入到地下水位，就用于饱和岩体而损耗殆尽，很难发育成大的岩溶洞穴。因此认定为，右岸无向临谷渗漏的可能。（3）坝基渗漏及绕坝渗漏 坝基下约有15米厚的松散冲积层。其下为弱可溶性的白云岩、硅质白云岩、灰云岩夹少量炭质页岩及片岩。在碳酸盐岩内发育有裂隙岩溶和小溶洞。 当年由于种种原因，只对松散冲积层用截渗墙加以处理，而对松散层下面的基岩和两岸坝肩均未进行任何处理。 3土坝建成后，1981年试蓄水，随即发现水库严重漏水，坝下游左右岸及河床内均有地下水

5、溢出点（见图）。在中高水位时，漏水量为0.8 m/s。河流年平均流量为1.5 m/s。漏水量占河流年平均流量的53.33%，属严重漏水的病险库（图1）。为了保证土坝安全，防止坝基渗漏，曾在斜心墙坝脚及水库上游右岸，按现行水工建筑物水泥灌浆施工技术规范的要求，即用多种水灰比(从5:1开始)，栓塞在孔口封闭，最大灌浆压力3MPa等方法，进行了防渗帷幕灌浆。在灌浆孔下游100多米的岸边范围内，到处是灌浆时溢出的水泥灰堆。这种情况说明，该种方法的灌浆，引起了大量浆力劈裂，几乎使灌浆工作彻底失败。事实上，大量观测资料表明，首次防渗帷幕灌浆，对防治水库渗漏，看不到任何好的效果！（4） 复灌防渗帷幕参数的确

6、定防渗帷幕线路的方向、端点和深度是防渗帷幕参数的三要素。1 ） 复灌防渗帷幕线路的方向 防渗帷幕的工程目的，是把大坝防渗体与防渗帷幕结合起来，形成一个完整的防渗体系（图2）。用坝基下的防渗帷幕防止河床坝基渗漏。两岸打两个与坝基防渗帷幕线同方向的灌浆廊道，其深度应穿过风化卸荷带到新鲜岩层内（暂定深度40米），即图2所示的2738m灌浆廊道与2778m灌浆廊道。然后，2778m灌浆廊道拐向下游，穿在新鲜岩层内，直至到下游遇到非岩溶的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩组成的隔水层为止。2 ） 复灌防渗帷幕线路的端点 在库岸、两坝肩、左岸下游约250米以及右岸下游约100米的范围内，全为弱岩溶层分布区。与该区

7、相接的是非岩溶区。沿接触线，向左右岸各深入岸内40米，即为防渗帷幕与非岩溶层的交点，也称4为防渗帷幕线路的端点。3 ） 复灌防渗帷幕线的深度 复灌防渗帷幕线的深度决定于岩溶的发育深度。从壤土斜心墙到坝下游100250米以及两岸40米的范围内，为防渗处理范围。坝下岩溶发育深度：在坝基开挖时，发现有9处涌水点，其中的8处在桩号0+450+317.9之间（靠近左岸），总涌水量达305L/s,顺F56断层，有宽0.1米的溶缝，涌水量为80L/s.它们组成了坝基涌水带。大坝修筑以后，坝基渗漏水都在隔水层出露线的上游，即在土坝下游150米范围内出露，并没有越过隔水层向更远的方向排泄。 在上游坝脚和坝肩设投

8、放点，进行了3次食盐和6次萤光素的连通试验。其中左岸的3次试验，均从左岸下游的S5泉群、观7孔、洞泉1、TK洞1和ZKJ1孔内发现，在水位差为1.64米8.2米时，实际流速为0.33.67米/s;其中右岸的4次试验，均从右岸下游与河床的S6泉群、S7泉群、80-0孔、观13、观16孔、ZK5孔和ZK6孔内发现，且ZK5孔为承压水孔，高出地面约5米，这些孔在水位差3.5318.09米时，实际流速为0.00090.13cm/s.大量连通试验资料说明，来自上游坝脚和坝肩的库水 ，是下游地下水的补给来源。要防止水库渗漏，必须截断来自上游坝脚和坝肩的地下水。根据钻探揭露的地下岩溶发育情况分析，钻孔所揭露

9、的岩溶，有83%是在高程2650m以上。坝基80-K2孔和80-K3孔，分别在高程2612.842611.1m 和2620.24 2619.54m.发现了竖向高为1.74m和0.7 m的溶洞，洞内充填有砂壤土、粉砂和磨圆度较好的直径为12.5cm的砾石,表明这些溶洞的连通性是好的。根据河床坝段岩溶的发育深度和数量，河床坝段防渗帷幕钻孔的底部高程应5在2609m附近。防渗帷幕钻孔的最大深度约为125m.两岸坝肩的风化卸荷带，一般来说，是岩溶较为发育的地区。由于该区是地下水补给河水，河床岩溶的底部是两岸地下水排泄的最低基准面 。其防渗帷幕钻孔的底端高程，应低于两岸地下水排泄的最低基准面高程。至于具

10、体高程的确定，在灌浆之前应钻孔，或利用灌浆的先导孔，进一步查明岩溶的发育深度，进而确定两岸坝肩的防渗帷幕深度。防渗帷幕钻孔深度变化于125-68米之间。（5）复灌防渗帷幕灌浆工作大纲1 ） 复灌前的地质调查工作 在库首区内，分布有较弱可溶性的岩体，在水库下游100250米以下，分布有非岩溶岩体。在灌浆的坝基下和库内近坝左岸的被灌岩体内，分布有倾角大于70的构造裂隙，岩层间夹有角砾碎屑岩、页岩、煤线、片岩碎片和含泥的断层带等软弱夹层。第一次灌浆时，像其它工程灌浆一样，并没有针对这里被灌岩体的灌浆条件，设计出灌浆钻孔的孔向、压力以及浆液等，而是按传统方法进行了压力为3MPa的灌浆，因而在含软弱夹层

11、的岩层里 ，发生了几乎是普遍性的浆力劈裂，使大量浆液流失到无需灌浆的地方，甚至大量堆积到地表，使第一次灌浆接近于彻底失败。为了吸取第一次灌浆的失败教训，在编制灌浆工作大纲之前，应编制已灌的灌浆剖面图：应标出各灌浆钻孔的孔口高程，各试段的压入灰量，对于压入灰量特别大的试段，要分析该试段的岩性及其灌浆压力。 为了查清库首区的水文地质与工程地质条件，确定灌浆参数，应编制库首区6的水文地质与工程地质图。在图上应标出：灌浆孔、灌浆溢出的灰堆、塌陷孔、管涌孔、坝址区涌水孔的相对位置、F56 断层、连通试验的投放点和接受点，S5泉群、S6泉群、S7泉群、观7孔、洞泉1、TK洞1、ZKJ1孔、80-05孔、观

12、13 孔、管16孔和ZK5承压水孔、三角堰测流点、岩溶岩层与非岩溶层的接触线以及河床下接触线的埋藏深度等。为了防止绕坝渗漏，在河床防渗帷幕线的延长方向，在正常高水位高程上，打两个灌浆廊道，穿过风化卸荷带到新鲜岩体，而后，廊道方向平行河流方向，直至非岩溶区位置为止。在每条洞内布置两个地质勘探孔，了解岩溶发育情况，确定防渗帷幕的灌浆深度等。2 ） 防渗帷幕灌浆工大纲灌浆质量的好坏，虽与灌浆顺序、灌浆压力、孔向和浆液的水灰比等环节有关，但也与每个环节的工艺流程有着非常重要的关系。也即是人们常说的先谋而后动，深谋取先机。灌浆工作也是不能“走着瞧”，而是要在开灌前把可能遇到的情况准备好对策，不能面对时而

13、措手不及。 目的 为了防止坝基及坝肩渗漏，应进行坝基和坝肩的防渗帷幕灌浆。孔向 在岩体内存在着排列有序的裂隙，其中有些裂隙是透浆的更是透水的。在岩体内存在着可穿最多透水透浆裂隙的矢量，存在着可穿最少透水透浆裂隙的矢量，当然也存在着穿裂隙不是最多也不是最少的一般矢量。把穿过最多裂隙的矢量作为岩体加固的矢量才能取得最佳的岩体加固效果。穿到岩块里的加固孔是无效孔。穿到较少裂隙的加固孔是低效孔。穿到最多裂隙的加固孔是最优孔。岩体加固工作者的最主要任务是杜绝无效孔，减少低效孔，优选最优孔。每种钻孔的空间位置及其与其他钻孔的关系，都是用孔口的坐标、方位、倾角、孔口间7距、孔排距等参数来定位的。应根据透水透

14、浆裂隙产状等资料计算优选灌浆钻孔的孔向。灌浆顺序 为了防止浆力劈裂，用不用孔口封闭灌浆方法，要以灌浆钻孔的岩性条件而定。如果全孔内不存在劈裂源，可采用孔口封闭灌浆法；如果孔口段有劈裂源，在第二试段放置栓塞；如果孔底有劈裂源，应分析透水性，如其透水性足以引起较大的渗漏量，采用孔口法封闭，用重复灌浆的方法解决；如果钻孔内的劈裂源的透水性不足以引起较大的渗漏量，可采用跳过劈裂源而进行其它岩层的灌浆。灌浆压力 灌浆压力越大，其浆液的扩散半径就越大，反之越小。一般来说，施工部门喜欢用大压力。然而灌浆压力不是根据工程需要而定，而是根据地层劈裂源的临界劈裂强度而定。灌浆压力一定要根据灌浆钻孔的岩性条件而设计，那种无视地层岩性条件，而灌前就设计好或者就用公式算好的压力，是引起灌浆失败的重要原因之一。南门峡岩体的劈裂压力，大者可达到4Mpa以上，小者仅有0.3MPa。浆液限量和限时 为了提高软岩的强度，常采用复灌的方法以实现目的。当利用劈裂性质复灌时，一定要限制吸灰量，不是吸灰量越多越好，而是根据幕体厚度和浆液可能扩散的范围，计算最大吸灰量以作为限灰的数量。复灌与复灌之间的间隔，不是越短越好，而是要考虑浆液的初凝时间，最好是间隔24小时。8885