錦屏一級水電站壩基煌斑巖脈及f18斷層水泥－化學復合灌漿效果綜合評價

舒建平，李小波，楊靜熙

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站壩基煌斑巖脈及f18斷層水泥－化學復合灌漿效果綜合評價

舒建平，李小波，楊靜熙

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站拱壩右岸靠河床壩基發育一條寬3.0～5.0 m煌斑巖脈，斜穿建基面，上盤伴生f18斷層，寬0.3～0.5 m。煌斑巖脈及斷層帶內組成物質多弱～強風化，較破碎，巖體強度低、抗變形能力較差，透水性較強、抗滲透破壞能力差，成為壩基一個較大規模的地質缺陷，必須采取可靠的處理措施，才能滿足高拱壩壩基強度、抗變形和滲透要求。通過水泥－化學復合灌漿處理，煌斑巖脈及f18斷層巖體強度、變模等力學性能得到明顯提高，透水率顯著降低，大壩蓄水后監測成果表明，壩基變形較小，高水頭作用下壩后未出現滲水現象。水泥－化學復合灌漿對煌斑巖脈及f18斷層處理效果明顯、可靠，灌后各項指標均達到了設計要求，滿足了大壩及帷幕抗變形和滲透要求。

煌斑巖脈；f18斷層；地質缺陷；復合灌漿；效果評價

0 前 言

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內，雅礱江下游梯級龍頭水庫。壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高305 m，為世界第一高拱壩，壩頂高程1 885 m，水庫總庫容77.6億m3，裝機容量3 600 MW，年發電量約170億kW·h［1］。目前，大壩澆筑全部完成，首臺機組于2013年8月成功實現發電，電站運行正常。

前期勘探預測、施工開挖揭示右岸河床壩基15～17號壩段高程1 605（壩趾）～1 583 m（壩踵），發育一條煌斑巖脈，斜穿建基面，上盤伴生f18斷層，見圖1。煌斑巖脈寬3.0～5.0 m，較破碎，以弱風化為主，局部強風化，巖體強度低，抗變形能力差；f18斷層寬0.3～0.5 m，主要由無膠結的片狀巖、碎裂巖組成，沿斷層面分布5～50 mm厚的連續灰～灰綠色斷層泥。

圖1 f18斷層及煌斑巖脈在壩基出露位置示意

煌斑巖脈及f18斷層斜穿建基面，巖體較破碎，強度低，抗變形能力差，不能滿足高拱壩大壩變形要求，需要進行專門處理。同時，煌斑巖脈及f18斷層貫穿建基面，與水庫連通，煌斑巖脈較破碎，透水性較強，遇水易軟化，f18斷層帶組成物質破碎無膠結，且沿斷層面分布5～50mm厚的連續斷層泥，水庫長期正常運行在近300 m高水頭下，煌斑巖脈及f18斷層壩基可能發生滲透破壞，嚴重影響大壩安全運行，需要進行防滲的專門處理。鑒于煌斑巖脈及f18斷層的較大規模和較差的工程地質性狀，必須采取可靠的工程處理措施，才能滿足高拱壩壩基強度、抗變形和滲透要求。針對其特征，設計和施工中采取在壩基混凝土置換處理、壩基以下加密水泥灌漿處理和水泥—化學復合灌漿補強處理，最終處理效果基本滿足抗變形、抗滲要求［2］。

錦屏一級水電站煌斑巖脈及f18斷層壩基較大規模的地質缺陷，不能滿足高拱壩大壩抗變形和抗滲透變形要求，針對地質缺陷的工程地質性狀特征，采用混凝土置換和水泥—化學復合灌漿補強處理，達到了預期的處理效果，處理措施具有較強的推廣價值。本文介紹的水泥—化學復合灌漿設計原理和處理效果，旨在為類似問題處理提供參考。

1 水泥—化學復合灌漿原理和設計

1.1 水泥—化學復合灌漿原理

水泥—化學復合灌漿是在普通水泥灌漿與化學灌漿的技術基礎上發展起來的新技術。它是先采用較細顆粒的水泥漿液充填灌漿對象中的較大孔隙，形成承載骨架，再采用溶液狀的化學漿液經過長時間浸潤、滲透以及改性固化進入灌漿對象中的微小裂隙，從而將普通水泥灌漿價格低、結石強度高和化學灌漿超強的可灌性優點綜合利用，達到安全、經濟的目的［4－5］。

1.2 水泥—化學復合灌漿設計

煌斑巖脈及f18斷層的水泥—化學復合灌漿是在其壩基置換混凝土預留灌漿廊道內進行，灌漿孔垂直于廊道軸線共布置21環，每環6個孔，環間排距為2 m，環內孔距為0.5 m。水泥灌漿采用細水泥漿液，化學灌漿材料采用環氧樹脂。灌漿前應對環氧樹脂、活性稀釋劑、固化劑、表面活性劑的品種及其用量進行室內研究。

當灌前壓水試驗透水率小于1.0 Lu，直接進行化學灌漿；當灌前壓水試驗透水率大于1.0 Lu，先進行細水泥灌漿，在滿足透水率小于1.0 Lu后，方可進行化學灌漿。水泥—化學復合灌漿可根據現場情況采用“自上而下分段鉆灌”或“一次成孔、自下而上分段灌漿”，水泥灌漿采用循環式灌漿，化學灌漿采用純壓式灌漿。環間和環內均分為2序，灌漿分段及壓力見表1、2。

表1 水泥灌漿分段及灌漿壓力

表2 化學灌漿分段及灌漿壓力

水泥灌漿在最大設計壓力下，注入率不大于1 L／min，繼續灌注60 min，可結束灌漿。化學灌漿在設計灌漿壓力下，注入率不大于0.01 L／min后持續灌漿4 h，可結束灌漿，每段的灌漿時間不得小于24 h，待凝時間為36 h。化學灌漿完成后，采用0.5∶1水泥濃漿自下而上分段進行純壓式灌漿封孔。

2 水泥—化學復合灌漿檢測及效果綜合評價

煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿完成后，為檢查灌漿后效果，獲取灌漿后巖體強度、變形模量、透水性等指標，開展了大量鉆孔全景成像、單孔聲波、鉆孔變形模量及壓水試驗檢測工作，取得了大量檢測資料，并對檢測成果進行了灌漿前后的對比分析，以評價復合灌漿效果。

2.1 鉆孔全景圖像對比分析評價

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿前后開展了鉆孔全景圖像檢測，由于圖像內容較多，本文僅展示少量典型的煌斑巖脈及f18斷層灌漿前后鉆孔全景圖像進行對比，見圖2。

通過圖2煌斑巖脈及f18斷層復合灌漿前后全景圖像對比分析，可以得出以下結論：

（1）水泥灌前，脈體中裂隙發育，張開，見空縫，局部見孔壁掉塊呈空腔，巖體破碎；

（2）水泥灌后，脈體中的裂隙有明顯水泥結石充填，孔壁完整性略好，但脈體中仍有較多張裂隙，局部仍有塌孔現象；

（3）化學灌后，脈體及f18斷層影響帶中裂隙被漿材充填密實，細微裂隙也可見充填，脈體完整性較好，孔壁多完整、光滑；

（4）煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿對水泥和化學漿液的可灌性較好。

2.2 單孔聲波測試成果對比分析評價

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿前后進行了1 261 m／38孔的單孔聲波檢測，其波速分段統計見表3。

根據復合灌漿前后波速分段統計表可得出如下結論：

（1）水泥灌前、水泥灌后、化學灌后，巖脈及斷層的單孔聲波平均值依次為4 822 m／s、5 064 m／s、5 257 m／s，呈現較明顯的提高趨勢，并且其中小于3 800 m／s低波速比例明顯減少，復合灌漿后波速平均值提高約10%；

（2）復合灌漿后巖脈及斷層的波速主要分布在5 000 m／s以上，表明復合灌漿對提高破碎巖脈、斷層破碎帶完整性、均一性的效果明顯。

2.3 鉆孔變形模量測試成果對比分析評價

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿后進行了62點（分別在7個孔內）鉆孔變形模量檢測，變形模量分段統計見表4。

根據復合灌漿前后鉆孔變形模量分段統計可得出如下結論：鉆孔變形模量水泥灌漿后主要分布在7～15 GPa，化學灌后主要分布在11 GPa以上，鉆孔變形模量平均值提高約10%，表明復合灌漿對煌斑巖脈及f18斷層抗變形能的提高效果明顯。

2.4 巖體透水率對比分析評價

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿前后進行了1 261 m／38孔共219段的常規壓水試驗，其透水率分段統計見表5。

圖2 煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學復合灌漿前后典型鉆孔全景圖像

表3 水泥—化學復合灌漿前后波速分段統計對比分析

表4 水泥—化學復合灌漿后鉆孔變形模量分段統計對比分析

表5 水泥—化學復合灌漿前后壓水試驗成果分段統計對比分析

根據復合灌漿前后壓水試驗成果分段統計可得出如下結論：

（1）灌前透水率大部分q＝3～100 Lu，屬弱～中等透水；

（2）水泥灌漿后透水率基本小于1 Lu，少量1～3 Lu，屬微透水為主、極少量弱透水；

（3）化學灌漿后透水率99%小于0.5 Lu，屬微透水；

（4）水泥—化學復合灌漿顯著提高了煌斑巖脈及f18斷層的完整性、緊密程度，大大降低了其透水性，滿足了壩基及帷幕的抗滲要求。

3 結論與認識

2012年11月錦屏一級水電站導流洞下閘水庫蓄水后的各項監測成果顯示，壩基變形較小，高水頭作用下壩后未出現滲水現象，帷幕運行正常，這些事實證明，錦屏一級水電站右岸河床壩基煌斑巖脈及f18斷層采取水泥—化學復合灌漿處理效果明顯、可靠，滿足了大壩抗變形和滲透要求，對水泥—化學灌漿有以下幾點結論與認識：

（1）通過對煌斑巖脈及f18斷層的水泥—化學復合灌漿后，破碎巖體裂隙得到了有效充填，巖脈和斷層巖體單孔聲波達到5 257 m／s，小于3 800 m／s的低波速比例僅占0.74%，鉆孔變形模量平均值達到13.75 GPa，巖體透水率均小于0.5 Lu，屬微透水，全部達到設計要求，復合灌漿效果好。

（2）煌斑巖脈及f18斷層的水泥—化學復合灌漿施工完成后，水庫蓄水至1 840 m高程，大壩帷幕運行正常，監測成果表明帷幕滲壓與滲流均處于規范和設計允許范圍，說明復合灌漿效果好，但其長期在300 m高水頭下的耐久性還有待時間的檢驗，建議對煌斑巖脈及f18斷層繼續進行監測，并定期進行適當檢測，查明復合灌漿后的煌斑巖脈及f18斷層在高水頭長期作用下的變化情況與趨勢，準確評價對大壩及帷幕的影響。

（3）水泥—化學復合灌漿效果受灌漿對象巖性和性狀的影響較大。通過對錦屏一級工程煌斑巖脈及f18斷層、f2斷層的水泥—化學復合灌漿研究［5］發現，化學漿液具有較強的滲透能力，對0.01 mm以上的微小裂隙均能較好充填，因此對節理裂隙較為發育的巖體有較好的效果，而對節理裂隙不發育的巖體填充和黏結效果較差。建議在類似水泥—化學復核灌漿前對灌漿對象的巖性和微觀細部結構進行辨別，根據辨別結果采取適當的復合灌漿工藝。

［1］ 國家電力公司成都勘測設計研究院.錦屏一級水電站可行性研究報告［R］.2003.

［2］ 中國水電顧問集團成都勘測設計研究院.錦屏一級水電站右岸壩基f18斷層及煌斑巖脈化學灌漿效果評價報告［R］.2012.

［3］ 葛家良.化學灌漿技術的發展和展望［J］.巖石力學與工程學報，2006，（增2）：3384－3392.

［4］ 孫釗.大壩基巖灌漿［M］.北京：中國水利水電出版社，2004：2－5.

［5］ 郝明輝，黨玉輝，姚欣，等.水泥—化學復合灌漿在斷層補強中的應用效果評價［J］.巖石力學與工程學報，2013（11）：2268－2274.

TV543

B

1003－9805（2015）02－0053－04

2014－08－22

舒建平（1961－），男，四川自貢人，高級工程師，從事水利水電工程地質工作。