复杂地质区水利工程施工处理技术浅析

【摘要】水电作为清洁能源一直得到了国家的大力发展，随着水利水电事业的不断发展，必然会遇到诸如岩溶、软土等特殊复杂的地质区，如何保障在这些复杂地质区的施工质量、安全与进度成为水电建设者较为关心的话题。本文对水利工程建设当中最为常见的几种复杂地质环境进行分析，并结合某软土溶洞地区水电工程建设实例，详细介绍了其施工过程中采取的主要保障措施和技术，为类似复杂地质区水利工程的施工建设提供借签。

【关键词】复杂地质；水利工程；施工技术；软土溶洞区

近些年来，我国的水利水电事业取得了长足的发展，一大批水电项目已建成或正处于开发建设阶段，但良好地质条件的水电工程基本已开发完毕，一些复杂地质工程区的水电项目则逐渐被提上日程，但也给开发建设特别是施工环境带来了新的挑战，施工技术的创新和选用更是建设管理过程中存在的一大难点，为确保工程的长期稳定、承压、耐久性和抗腐蚀性，必须有针对性的选择施工方案和技术措施。

杜林，邓树密对复杂地质条件下的围堰高喷防渗施工质量控制进行了分析探讨，提出了设计和施工过程中的应当控制的几点关键技术；刘锐对复杂地质条件下中小型水利工程的勘测设计工作当中存在的问题进行了浅析，认为应该以科学化、系统化的管理流程，以期加快进度，提高质量；代建兵对水利施工中软土地基处理技术进行了分析，提出对施工现场要充分进行考察和分析，摸清实际情况，做到有的放矢，从而确保水利工程的地基质量。

本文在上述研究的基础上，对常见的复杂地质环境进行了分析，并简要提出了相应的解决措施，同时结合某一软土溶洞地区水电工程为例，阐述了施工过程中采取的各项技术措施，为该类工程提供借签。

1、几种常见复杂地质施工处理技术简介

1.1 软土

软土坝基是水利工程中较为常见的地质环境之一，由于其具有强度低、壓缩性大、孔隙度高及含水量高等特性，使得本身具有流变大变形、触变性、抗剪强度低等工程特点，对于水利工程具有较大的危害。一般而言，处理软体坝基的方法有以下几种：（1）换填法；（2）排水固结法；（3）振动水冲法；（4）旋喷法；（5）人工材料加筋加固法：（6）灌浆法；（7）桩基法；（8）化学加固法。其中，换填法、灌浆及桩基法是目前水利工程中最为采用的施工处理措施。

1.2 岩溶

西南地区是我国水电资源较为集中的区域之一，但在云贵川普遍存在着可溶碳酸岩节理裂隙发育地带，在这些复杂地质区修建水利工程容易引发坝基不均匀沉降变形、开裂甚至坝基塌陷，对于坝基安全非常不利，若无法避开岩溶地质区以现如今的施工处理技术，在岩溶地区修建水利工程，一般需采取高压灌浆处理、开挖回填、强夯、旋喷桩等方法。

1.3 断裂构造部位

通常而言，水利工程特别是水电站的建设在设计选址时是要避开断裂构造带的，但有时因工程的特殊性无法避免在此特殊区域修建，就必须考虑其基础的抗压、抗滑、抗渗及抗剪等力学特性，为此在施工过程中通常需要采取固结灌浆法、桩基法、钢筋加固法等多种措施，以保证水电工程的长期稳定及安全。

1.4 采空区

在某些特殊地区，由于采矿等人类活动留下大面积的采空区，在这些地区修建水利工程的施工难度也相当大，首先需要考虑的就是地面沉降和塌陷问题，目前，针对采空区行之有效的方法主要有：（1）钻孔灌浆密实法；（2）开挖回填；（3）强夯或者碾压法；（4）干砌/浆砌圬工支撑法等。而灌浆材料的选择，孔距的布置，灌浆压力和方式，回填材料、碾压功率等是采空区水利工程施工需要重点考虑的因素。

2、工程实例分析

2.1 工程地质情况

某水利工程位于云南省境内，设计灌溉面积20.15万亩，总库容3600万m3，年发电量1080万kw.h。经地质勘查，库区主要为前寒武系、寒武系、奥陶系以及志留系地层，河谷谷底及两岸还分布有第四系全新统残坡积层、崩坡积层和侏罗系上统蓬莱镇组泥岩、砂岩，地层自上而下可以分为：种植土、淤泥、粉砂、粗角砾土、粉质粘土、破碎角砾岩，库区13～17m处下伏碳酸盐岩地层，岩层走向与河流流向的夹角30-55°，为斜向谷，坝址主要分布有基岩岩溶水和河床卵石孔隙水，部分地区存在暗河。

2.2 主要施工工艺

（1）软土覆盖层的开挖回填及碾压。由于坝区存在较厚的软土地基层，在施工过程中，采取有效的清理和开挖回填，再进行碾压处理，最后对其进行固结灌浆处理。具体的施工措施为：在基坑进行开挖清理过程中，须将杂质废弃物等进行彻底清理，在遇到松动岩块时完全清除，直到将表层清理至新鲜面，对于无法清理干净的特殊部位，对其进行冲击碾压，并结合经济、工期以及压实效果等综合因素，确定在此软土坝基地质环境下的最佳压实碾压次数为20次；采用42.5中热硅胶盐水泥，人工砂细度模数为2.6-2.7，石粉含量为14.5%-14.6%，<0.08mm颗粒为5.6% ～5.87%，人工碎石表观密度为2730kg/m3，吸水率为0.4%，水胶比0.45，粉煤灰掺量比为50%的混凝土进行碾压回填，最佳压实遍数15次；基坑回填完毕之后，对河床段进行固结灌浆。

（2）固结灌浆。坝区开挖过后，存在溶槽发育的角砾岩，力学性质较弱，对于大坝基岩的安全稳定具有很大影响，因而需要进行灌浆处理，增强其抗渗性能。灌浆主要材料配合比为：水：水泥：粉煤灰=1：0.15：0.85，外加一定量的外加剂，钻孔间排距为15m，灌浆过程中进行了有针对性的试验分析，绘制了试验区域灌浆孔的单孔灌浆曲线，以验证浆液的流动性是否满足要求，见图1。从图中可以看到，在水固比1：1情况下，浆液的流动性较好，扩散度能够满足充填灌浆的质量要求，随着灌浆流量的骤降，压力骤然增大，灌浆工作也结束。灌浆阻塞方式采用似法兰盘法，当空口压力在规定值1MPa，流量小于10L/min，稳定时间20min以上，该孔注浆施工正式结束。

（3）溶洞的施工处理措施。溶洞对于基础传递应力十分不利，难以满足基础的抗渗和稳定性能。在工程施工过程中，若溶槽较为狭窄，则需扩挖至槽低，若溶槽深度过大，则是采用1：0.5的浓浆膏液进行灌注封堵。在坝基溶洞处，经勘探有暗河流经，在施工时利用大直径钻孔至溶洞顶部，在灌浆的同时，依次投入直径为4-6cm的碎石、1-2cm机制砂、河砂，直到溶洞全部填充完毕，遇到较大溶洞时，需进行素混凝土埋管并分两次封堵，首次封堵需埋管引流，并配置阀门，待首次封堵混凝土达到28d龄期过后，关闭阀门，迅速进行二次封堵，将暗河彻底封堵。

（4）施工质量检查。坝区工程处理完毕后，对各单元工程进行了试验检测和监测，结果显示，坝基渗压系数小于設计要求值，防渗效果良好；坝基相对垂直位移1mm，水平相对垂直位移2mm，没有发生不规则的沉降。

经处理过后的坝基基础处于稳定状态，满足设计标准的要求。

3、结语

复杂地质条件给水利工程的开发建设增加了诸多的设计施工难点，采取有效的施工手段方能使工程达到长期的稳定与安全。本文结合某一软土溶洞水利工程实例，总结分析了施工过程采取的主要施工技术，为类似工程的施工建设提供工程经验。

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作者简介：冉建安，男，（1980.09～），汉族，四川营山县人，工程师，大学本科，工作方向：主要从事水利工程施工管理工作