楊房溝水電站壩基固結灌漿現場試驗

(中國水利水電第七工程局成都水電建設有限公司，成都，610213)

2017年5月，中國水電七局·華東院雅礱江楊房溝水電站設計施工總承包項目部(以下簡稱“總承包部”)開展雅礱江楊房溝水電站拱壩基礎固結灌漿試驗研究工作。為了優質、安全地按計劃完成此次固結灌漿試驗研究工作，總承包部編制了《楊房溝水電站拱壩基礎固結灌漿施工技術要求》、《楊房溝水電站拱壩基礎固結灌漿試驗大綱》，并開展了壩基固結灌漿現場試驗。

1 壩區基本地質條件

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內的雅礱江中游河段，混凝土雙曲拱壩最大壩高155m，水庫總庫容5.125億m3，裝機容量1500MW。

壩區基巖主要為花崗閃長巖，深灰～淺灰色，花崗結構為主。壩基范圍無大規模的斷層發育，僅發育有斷層f2、f24、f33、f48、f62、f63、f65、f66、f19-10共9條Ⅲ級結構面，寬度10cm～50cm，帶內一般為碎塊巖、片狀巖及巖屑等，面多見鐵錳渲染，其余均為IV級結構面，斷層走向主要以NWW、NNE向中陡傾角為主，緩傾角結構面較少發育。

壩基巖體中陡傾角較發育，緩傾角較少發育，結合節理面的性狀特征，右岸最發育節理為NNE向一組，其次NWW向～近EW向、NEE～近EW向二組略顯優勢：

(1)N0°～20°E SE∠60°～90°(或NW∠50°～60°)，面多見鈣質充填1mm～5mm及鐵錳質渲染，面多見擦痕，延伸長度5m～10m為主；

(2)N60°～90°W NE∠40°～60°(或SW∠50°～70°)，平行發育，間距20cm～60cm不等，面鐵錳質渲染及鈣質充填，個別夾巖屑及面見擦痕，傾向NE的延伸長度10m～50m，個別大于100m，傾向SW的延伸長度10m～20m以內；

(3)N70°～90°E NW∠60°～90°，面平直，鐵錳質渲染或夾巖屑，部分面見擦痕，斷續延伸10m～20m。

2 灌漿試驗的目的

探索楊房溝水電站壩區固結灌漿的合理設計和施工參數，了解壩區巖體經固結灌漿處理后的整體性、剛度、強度的提高幅度，以及相應的力學參數，為壩基地基處理提供依據。通過灌漿試驗研究在無混凝土蓋重、混凝土蓋重條件下進行固結灌漿的適用性；推薦良好的施工程序和施工工藝、合理的鉆灌次序和灌漿壓力、適宜的灌漿材料和最優的漿液配合比及鉆灌設備、機具的最優組合方案。

根據《楊房溝水電站拱壩基礎固結灌漿試驗大綱》，經過灌漿試驗后巖體力求達到表1中指標。

表1 壩基巖體灌后聲波檢查合格標準

注：表中括號內為某一單獨檢查孔的驗收標準，壩段驗收標準必須滿足條件，單獨檢查孔的驗收標準主要作為施工過程控制。

3 試驗區選擇與鉆孔布置

試驗區的選擇遵循試區地質條件應具有代表性、便于施工、便于測試的原則，并結合已有地質資料，經現場實地考察和反復研究，確定本次固結灌漿試驗進行四個試驗區的施工。無蓋重固結灌漿選擇三個試驗區；有蓋重固結灌漿選擇一個試驗區。

試驗一區布置在右岸壩基2080m～2095m高程，樁號C0+0m～C0+15m區域，灌漿孔位布置見圖1。試驗二區布置在左岸壩基2070m～2085m高程，樁號C0+1.5m～C0+15.49m區域，灌漿孔位布置見圖2。試驗三區布置在右岸導流洞5#施工支洞，樁號K0+58.5m～K0+84.5m，灌漿孔位布置見圖3。試驗四區布置在導流洞3#施工支洞K0+35.5m～K0+49m區域，澆筑3.0m厚C20混凝土作為蓋重，灌漿孔位布置見圖4。

圖1 試驗一區孔位布置

圖2 試驗二區孔位布置

圖3 試驗三區孔位布置

圖4 試驗四區孔位布置

4 灌漿方法與工藝

本次試驗的各項主要工作程序見圖5。

試驗一、二區采用了分段分序的灌漿施工技術，灌漿孔按灌漿次序分段完成第一段(上部0～2m)灌漿后，第一段灌漿后形成封閉蓋重，改善淺表巖體的承壓條件，再按灌漿次序分段進行第二段及以下部分的灌漿。壩基無蓋重固結灌漿施工時，優先施工上下游邊界部位，以形成相對封閉圈，再施工中間部位。

5 施工成果及灌漿效果分析

5.1 主要施工成果

無蓋重試驗區主要施工成果見表2。

圖5 灌漿試驗工作程序

表2 無蓋重試驗區灌漿主要施工成果

有蓋重試驗區主要施工成果見表3。

表3 有蓋重試驗區灌漿主要施工成果

試驗區灌前透水率及單位注灰量總體上隨灌漿次序的遞增呈遞減規律，Ⅲ序孔單位注入率明顯減小，說明地層經過各次序孔灌漿后已經得到了明顯改善。試驗四區灌前透水率及單位注入量均極小，無明顯遞減規律。

5.2 灌漿效果的檢查及分析

5.2.1 巖體透水率檢查及分析

試驗區灌后檢查孔壓水成果見表4。

表4 檢查孔壓水成果

從4個固結灌漿試驗區灌后巖體透水率來看，灌后檢查孔壓水滿足設計標準，質量合格。

5.2.2 巖體聲波測試及分析

(1)試驗一區

該灌漿試驗區域為Ⅲ1類花崗閃長巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統計結果見表5。

表5 試驗一區聲波特征值統計

(2)試驗二區

該灌漿試驗區域為Ⅲ1類花崗閃長巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統計結果見表6。

表6 試驗二區聲波特征值統計

(3)試驗三區

該灌漿試驗區域為Ⅱ類花崗閃長巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統計結果見表7。

表7 試驗三區聲波特征值統計

(4)試驗四區

該灌漿試驗區域為Ⅱ類花崗閃長巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統計結果見表8。

表8 試驗四區聲波特征值統計

綜上所述，0～2m段平均波速提高率在8%～12%區間(試驗四區除外)，2m～孔底段平均波速提高率在1.5%～3%區間，4個試驗區灌后聲波檢測均達到設計指標，質量合格。

5.2.3 巖體變形模量測試及分析

鉆孔變模測試是在灌前測試孔和灌后檢查孔內進行的，測試成果見表9。

表9 試驗變模測試成果

從表9看，灌漿前鉆孔變模最大值22.74GPa，最小值9.42GPa；灌漿后鉆孔變模最大值25.47GPa，最小值10.03GPa；平均提高率約5%。

5.2.4 鉆孔全景圖像測試及分析

此次檢測工作所采用儀器為武漢固德公司生產的GD3Q-GA超高清智能鉆孔電視成像儀，系統由采集儀、井下電視探頭、孔深計數器和分析處理軟件組成。分析各試驗區鉆孔全景圖像解釋成果：試驗一區鉆孔全景圖像灌后檢測孔顯示，灌后共有63處裂隙，其中29處裂隙見水泥結石充填；試驗二區鉆孔全景圖像灌后檢測孔顯示，灌后共有24處裂隙，其中18處裂隙見水泥結石充填；試驗三區鉆孔全景圖像灌后檢測孔顯示，灌后共有37處裂隙，其中18處裂隙見水泥結石充填。

5.2.5 芯樣室內試驗

為了更加充分地了解灌前、灌后巖體情況，在試驗一、二、三區分別選取了灌前、灌后各2塊巖芯，共計12塊巖芯進行室內試驗檢測。把花崗巖鉆孔巖芯分別加工成不同高度(保留原有直徑)的圓柱體和厚度約5mm的磨片，按照《工程巖體試驗方法標準》(GB/T 50266-99)的要求，對圓柱體巖樣進行了巖石密度試驗和聲波試驗，對磨片進行了電鏡掃描試驗。通過試驗、資料整理和綜合分析，得到了巖樣的天然密度和微觀結構。

(1)密度試驗

灌后巖樣的密度稍大于灌前巖樣的密度，這是因為該花崗巖內部結構比較完整，節理裂隙較少，導致灌漿時有較少漿液進入到巖體內部，說明該花崗巖的可灌性較差。

(2)聲波測試

本次測試工作所用儀器為美國NDT JamesV-Meter MK IV超聲波測試儀。6個灌前試樣波速平均值為4228m/s，6個灌后試樣波速平均值為4251m/s，兩組巖樣的波速均較高，說明該花崗巖巖體完整性較好，且兩組平均值差異較大，說明進入灌后巖樣的漿液較少，反映了該巖體可灌性較差。

(3)電鏡掃描試驗

掃描電鏡(SEM)是介于透視和光學顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質性能進行微觀成像。對比灌前、灌后試樣電鏡照片，兩者微觀結構大體上沒有差異，但仔細觀察可發現，部分灌后試樣微觀照片中偶見細小水泥顆粒，這說明有少量漿液滲入到了該巖體內部。

6 結論與建議

根據《雅礱江楊房溝水電站設計施工總承包(YFGC-201506)拱壩基礎固結灌漿試驗研究大綱》的要求，固結灌漿質量檢查以聲波測試巖體波速為主，鉆孔壓水試驗為輔，并結合灌漿前后物探成果、有關灌漿施工資料以及鉆孔取芯資料、巖石磨片鑒定成果進行綜合評定。

(1)試驗區巖體具有代表性，灌漿試驗取得了成功。四個試驗區的巖體分別代表了壩區性狀不同的巖體。試驗一區主要代表左岸壩基以Ⅲ1類巖體為主以及局部沿斷層f400條帶的Ⅲ2類；試驗二區主要代表左岸壩基以較完整為主的Ⅲ1類巖體；試驗三區主要代表導流洞5#施工支洞以較完整的Ⅱ類圍巖；試驗四區主要代表導流洞3#施工支洞以較完整的Ⅱ類圍巖。

(2)本次灌漿試驗中比較和采用了實用的灌漿工藝和方法、多種灌漿漿液、多種測試手段。試驗區灌漿施工所使用的水泥漿液及配合比、施工工藝、施工參數、方法、流程基本可行，試驗資料可靠，試驗成果對今后的設計、施工具有指導意義。

(3)試驗區巖體通過灌漿后各項力學性能得到了明顯改善，達到設計要求，透水率大大降低，達到了設計要求。

(4)灌漿材料的建議：根據四個試驗區成果統計分析，尤其是試驗二區普通硅酸鹽水泥施工區域的灌前透水率0.74Lu，平均單位注灰量1.44kg/m；濕磨細水泥施工區域的灌前透水率0.80Lu，單位注灰量1.35kg/m。故普通硅酸鹽水泥和濕磨細水泥，在灌漿效果上基本一致。根據試驗一、三區的檢查孔濕磨細水泥與超細水泥灌漿成果分析，濕磨細水泥的灌前透水率0.15Lu，平均單位注灰量0.61kg/m；超細水泥的灌前透水率0.28Lu，平均單位注灰量0.1kg/m。故濕磨細水泥與超細水泥灌漿效果基本一致。故灌漿材料主要應采用普通硅酸鹽水泥，局部可采用濕磨細水泥。

(5)對孔排距的建議：本次無蓋重固結灌漿試驗采用矩形布孔型式，孔排距為3.0m×3.0m，Ⅲ序加密灌漿后，最小孔距為1.5m，有蓋重固結灌漿試驗采用矩形布孔型式，孔間距2.5m、2.8m、3.0m。試驗一區Ⅲ序加密孔平均單位注入量7.44kg/m，試驗二區Ⅲ序加密孔平均單位注入量1.39kg/m，試驗三區Ⅲ序加密孔平均單位注入量3.94kg/m，試驗四區Ⅲ序加密孔平均單位注入量2.46kg/m，均基本不吸漿，故壩基固結灌漿建議采用梅花形布孔型式，孔排距為3.0m。

(6)對施工工藝和參數的建議：①灌漿方法：宜采用沖擊鉆鉆機鉆孔，Ⅰ序孔采用自上而下灌漿，Ⅱ序孔采用自下而上灌漿法；②灌漿壓力：適當提高灌漿壓力起到擴張裂隙、提高可灌性的作用，而又不導致巖體的過大變位，建議按照最大灌漿壓力2.0MPa～3.0MPa實施。