高壓復合灌漿技術在特高拱壩壩基地質缺陷處理中的應用

宋 崔 蓉

(中國水利水電第七工程局有限公司， 四川 成都 610213)

1 概 述

在國家大力發展水電事業的背景下，西南地區成為當今水電開發的中心[1]。但其地質情況復雜，結構面及斷層較發育，對工程的安全提出了一定的挑戰，對地基處理提出了越來越高的要求[2，3]。普通的水泥灌漿技術已經不能完全滿足當今對地基處理的工程要求，因此，水泥-化學復合灌漿技術應運而生。

水泥-化學復合灌漿技術對斷層帶的處理是在工程發展需要的基礎上產生的新技術。其做法是先采用普通的水泥灌漿技術充填軟弱地層巖體中的較大孔隙，使地層較均一，待透水率均達到1Lu以下后，再采用具有低滲透性能的化學漿液，經過長歷時浸潤、滲透灌入到微細裂隙中，進而改善了巖體的抗滲性能、耐久性及承載力[4，5]。

筆者通過介紹水泥化學復合灌漿的施工過程，詳細闡述了水泥-化學復合灌漿技術在錦屏一級水電站基礎處理中的應用，對于水泥-化學復合灌漿技術在斷層處理中的應用具有一定的積極意義[6]。

錦屏一級水電站為300 m高拱壩 ，必須確保其在修建與運行階段的穩定和安全。而拱壩的穩定與安全性在一定程度上是建立在壩基的整體性與強度上，故壩基處理的好壞對拱壩的安全性至關重要[7]。

(1)大壩左岸基礎處的f2斷層。大壩左岸基礎處的f2斷層位于1 640～1 670 m高程之間，主要為中厚～厚層狀大理巖，角礫狀大理巖，下部為厚層塊狀大理巖，f2斷層的裸露面見圖1。

圖1 大壩左岸基礎f2斷層裸露面示意圖

根據化學灌漿技術措施要求，每環選取3個 I 序孔作為先導孔，通過鉆孔取芯和物探檢測確定f2斷層及層間擠壓錯動帶的位置。而左岸1 670 m高程抗力體固結灌漿灌后透水率不合格的孔段和低波速帶主要集中在孔口0～6 m段及f2斷層及層間擠壓錯動帶，僅采用水泥灌漿對斷層力學性能和抗滲性能的改善不明顯，因此，必需采取補強處理[8]。

(2)大壩左岸基礎處flc13斷層。flc13斷層其灌前巖芯情況見圖2。在對flc13斷層的地質性狀進行分析后得知，需要對flc13斷層深部進行高壓水沖洗與灌漿處理。

當水泥灌漿完成后，根據 I 序孔的鉆孔情況判定的斷層位置見表1。

為了進一步提高flc13斷層的抗變形以及耐久性能，經研究決定對flc13斷層經高壓水沖洗后再進行水泥-化學復合灌漿處理。

圖2 flc13斷層灌前巖芯示意圖

表1 I 序孔斷層揭示情況表

2 水泥—化學復合灌漿施工工藝

2.1 灌漿方法及漿液配置

化學灌漿的主要施工方法為孔內阻塞灌漿法和孔口封閉灌漿法。孔內阻塞灌漿法主要采用水(氣)塞進行孔內阻塞，其優點為節約孔管占漿材；缺點為起下塞難度大、在高壓力下易發生“滑塞”現象；而孔口封閉灌漿法正好避免了“滑塞”現象，對保證灌漿質量有利。

2.2 水泥-化學灌漿的施工流程

錦屏一級水電站斷層帶水泥-化學復合灌漿的施工流程見圖3。

在灌漿過程中，首先對灌漿段進行鉆孔，再進行沖洗，然后進行壓水試驗，對地層進行判斷其是否達到化學灌漿條件，若滿足則直接進行化學灌漿；若不滿足則需進行水泥灌漿后再進行化學灌漿。

圖3 水泥-化學復合灌漿施工流程圖

待灌漿段化學灌漿結束后采用水泥濃漿置換孔內的化學漿液。置換結束后待凝，待凝時間最短應大于灌漿材料的初凝時間，再進行掃孔及其下一段鉆孔與灌漿工作。灌漿結束后，采用全控灌漿封孔法封孔，對上部空余部分實施灌漿，使用水泥沙漿人工封填密實。

對灌漿過程中出現的特殊情況進行的處理：

(1)漏漿處理。灌漿過程中漏漿發生時采用以下方法處理：①降低壓力或停泵，用細砂圍好滲漏出的化學漿液，控制漿材擴散范圍。②處理漏點，清洗漏點四周，確定漏點的準確位置后采用風鎬鑿縫，待清洗縫周圍后采用環氧膠凝封堵，如果漏量大，預埋漿采用帶有閥門的回漿管；封堵效果不佳時，可采用灌注速凝漿材。

(2)增大注入的漿量。灌漿過程中，若吃漿量較大且難以達到結束標準而導致孔段注入量較大時， 對該現象可采用低壓、間歇、限流、更換速凝漿液、待凝等措施。當單耗達到100 kg/m以上時每增加50 kg/m更換速凝漿液，待凝24 h后繼續灌注，直至達到結束標準。

2.3 化學灌漿成果分析

2.3.1 單位注入量分析

化學灌漿 I 序孔完成1 585 m，Ⅱ序孔完成399 m。單位注漿量與灌漿次序的關系見表2，分巖性單位耗漿量對比情況見表3。

表2 單位耗漿量與灌漿次序關系分析表

從以上灌漿單耗結果對比分析得知：Ⅰ 、Ⅱ序孔灌漿遞減規律非常明顯，符合灌漿規律；從巖性灌漿單耗分析可知，全段f2斷層單耗﹥互層單耗﹥大理巖單耗，灌漿效果比較明顯。

2.3.2 巖芯分析

圖4、5表示的是灌漿前、后的斷層巖芯斷面示意圖，從中可以看出：水泥-化學復合灌漿效果明顯，細小縫隙明顯被充填，作用比較明顯。

表3 化學灌漿分巖性單位耗漿量對比分析表

圖4 斷層f2灌漿前巖芯斷面示意圖

圖5 斷層f2灌漿后巖芯斷面示意圖

2.3.3 灌漿后壓水試驗結果分析

壓水試驗結果見表4。

表4 壓水試驗結果表

由壓水試驗結果得知：水泥-化學復合灌漿后檢測孔段的透水率幾乎為零，表明該復合灌漿效果良好，斷層中的漏水通道大部分被填充。

2.3.4 復合灌漿成果分析

通過鉆孔全景圖像技術(圖6)得出以下結論：水泥-化學復合灌漿效果顯著，一單元水泥-化學復合灌漿二序檢測孔孔口段f2斷層巖體較破碎，裂隙發育，f2斷層及多數裂隙有化學漿液填充，巖體完整性較好，其它大理巖孔段孔壁較光滑，裂隙較發育，局部裂隙有化學漿液滲透痕跡，巖體總體變得較完整。總之，對錦屏一級水電站地基兩斷層實施的水泥-化學灌漿處理總體講比較成功。

(a)斷層水泥灌漿后典型鉆孔電視錄像

(b) 斷層化灌后典型鉆孔全景錄像圖6 斷層巖體鉆孔全景錄像照片

4 結 語

采用普通水泥對斷層孔隙進行灌注，灌后檢測表明：灌漿效果能滿足防滲要求。但對于提高巖體聲波速度和變形模量具有一定的局限性，而在水泥灌漿的基礎上再進行化學灌漿，巖體聲波速度和變形模量都有較大程度的提高，灌漿效果明顯，相關檢測指標基本滿足設計要求。

采用水泥-化學復合灌漿對斷層進行處理后，其檢測結果表明：灌漿后斷層帶裂隙得到了較好地充填，其巖體完整性系數、變形模量等均得到較大程度的提高。因此，水泥-化學復合灌漿在錦屏工程斷層處理中具有較高的應用價值，所取得的經驗可為未來水泥-復合灌漿技術在地基處理中的應用提供一定的借鑒作用。