蔡 海 燕， 王 波

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

斜卡水電站位于四川省甘孜州九龍縣斜卡鄉(xiāng)，屬于高寒地帶，海拔3 100多m，極端最低氣溫為-15.6 ℃，最大風速20.7 m/s，最大壩高110 m，壩頂高程3 168 m。

該電站地質(zhì)條件復雜，壩區(qū)內(nèi)右岸地質(zhì)條件以古老的松動變形體為主，左岸地質(zhì)條件以傾倒體為主。壩區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為拉裂型裂隙和隨機分布的層間擠壓破碎帶，其巖層寬大、貫通性裂隙極為發(fā)育且分布極廣。大壩趾板揭露的巖石為變質(zhì)砂板巖夾少量板巖。

針對大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件的復雜性，為進一步詳細探明地質(zhì)狀況，我們采用綜合檢測手段對補充地質(zhì)勘探孔進行了檢測和分析，以作為前期地質(zhì)勘探資料的補充，從而為施工期正確處理和解決電站壩基張拉、貫通型裂隙防滲工程施工難度大等問題提供幫助，確定快速、高效、經(jīng)濟的施工方案，從而保證斜卡水電站按期或提前具備蓄水發(fā)電條件。

2 補勘孔的布置與施工

2.1 補勘孔的布置

在大壩左右岸共布置了12個帷幕灌漿補充勘探孔，其中左岸布置了5個，右岸布置了7個，補勘孔深度達1 665.66 m，孔深及工程量見表1。

2.2 補勘孔的施工

施工步驟及方法如下。

(1)施工準備。包括進行準確的孔位放樣；

表1 補勘孔孔深及工程量統(tǒng)計表

(2)鉆孔。補勘孔采用XY-2型回轉(zhuǎn)鉆機鉆進，開孔孔徑為168 mm，終孔孔徑為91 mm，從上到下逐段進行鉆孔，逐段安裝灌漿塞進行灌注直至孔底，段長2～5 m；

(3)鉆孔檢測。包括孔斜測量、壓水試驗和孔內(nèi)電視等，每段鉆孔完成后，對鉆孔孔斜進行測量，然后對孔段進行壓水試驗，收集數(shù)據(jù)，壓水試驗結(jié)束后，待孔內(nèi)水澄清，用孔內(nèi)電視觀察孔內(nèi)的裂隙發(fā)育情況，確定砂漿配合比；

(4)灌注。與鉆孔施工交替進行，每段鉆孔完畢，根據(jù)每段鉆孔的檢測結(jié)果確定灌注材料；鉆孔若有返水孔，則采用水泥漿灌注；鉆孔無返水孔時，則采用自密實砂漿灌注；

(5)灌注結(jié)束。每段灌注砂漿至孔口時停止灌注，待凝4 h后進行掃孔并進行灌后壓水，當灌后該孔段壓水達到檢查標準后方可進行下段施工；當灌后壓水達不到檢查標準時，繼續(xù)進行砂漿灌注，直至達到結(jié)束標準；

(6)灌注效果檢查。全孔灌注完成后，待凝14 d，通過鉆孔取芯、分段壓水試驗、灌后聲波檢測并通過孔內(nèi)電視對灌注效果進行檢查；

(7)封孔。全孔灌注效果檢查合格后，采用全孔水泥漿灌注封孔，封孔灌注結(jié)束后，孔口抹平。

3 勘探成果

3.1 地質(zhì)情況

孔內(nèi)電視、砂漿灌注及取芯結(jié)果表明：此巖層的裂隙寬度大小不等(裂隙寬度范圍為0.1～300 cm，平均裂隙寬度為1 cm)，裂隙數(shù)量多(平均每m裂隙條數(shù)為2.1條)?？變?nèi)電視拍攝到的裂隙情況見圖1。

圖1 孔內(nèi)電視拍攝到的裂隙情況

3.2 注水成果及透水率分析

3.2.1 注水成果

施工中，對部分鉆孔進行了灌前注水，注水結(jié)果表明：其流量大，大部分無回水(表2)。

表2 灌前部分灌漿孔的注水結(jié)果統(tǒng)計表

3.2.2 透水率

(1)補勘孔透水率頻數(shù)、頻率統(tǒng)計見表3。

孔深在0～40 m范圍內(nèi)，帷幕灌漿補勘孔壓水試驗平均透水率為70.6 Lu；孔深在40～80 m范圍內(nèi)，平均透水率為45.4 Lu；孔深在80～120 m范圍內(nèi)，平均透水率為25.8 Lu；孔深在大于120 m范圍內(nèi)，平均透水率為67.8 Lu。 左岸施工的補勘孔GB5-1-5第027段次孔深為127.7～132.7 m，透水率為1 408 Lu，該部位可能存在寬大裂隙或空洞，從而造成透水率偏大，屬于異?，F(xiàn)象。在將這一段排除、不進行統(tǒng)計時，在孔深大于120 m范圍內(nèi)，平均透水率為31.3 Lu?？梢姡钥咨?0 m處為分界線，孔深在0～80 m范圍內(nèi)的平均透水率﹥孔深80 m以下的平均透水率。

從表2中可以看出，在透水率大于100 Lu的范圍內(nèi)，孔深大于80 m的部位出現(xiàn)了89次，無壓無回的孔段出現(xiàn)了75次，分別為47%、39%；孔深小于80 m的部位出現(xiàn)了64次，無壓無回的孔段出現(xiàn)了57次，頻率分別為41%、37%。

表3 補勘孔透水率頻數(shù)、頻率統(tǒng)計表

在透水率大于100 Lu的范圍內(nèi)，孔深小于80 m的部位出現(xiàn)的頻率比孔深大于80 m的地層高6%；出現(xiàn)無壓無回的段次高2%。

由此可以發(fā)現(xiàn)，孔深0～80 m孔段巖體破碎，發(fā)育有多條寬大、貫通性裂隙或構(gòu)造帶，可灌性比孔深大于80 m的部位好。

(2)透水率頻率曲線圖分析

補勘孔透水率頻率曲線見圖2。

圖2 補勘孔透水率頻率曲線圖

在10～50 Lu范圍內(nèi)，左岸透水率頻率曲線坡度最陡，遠遠大于右岸在這個范圍內(nèi)出現(xiàn)的段數(shù)，上升幅度最大；而在大于100 Lu范圍內(nèi)，右岸透水率頻率曲線坡度最陡，遠遠大于左岸在這個范圍內(nèi)出現(xiàn)的段數(shù)，上升幅度最大。

雖然左岸也有透水率大于100 Lu的段次出現(xiàn)，但其遠遠小于右岸的段數(shù)?？梢?，右岸地質(zhì)條件相對于左岸更復雜，發(fā)育有多條大裂隙或空洞。

3.3 單位注灰量及其頻率分布

補勘孔單位注灰量頻數(shù)、頻率統(tǒng)計見表4。

表4 補勘孔單位注灰量段數(shù)、頻率統(tǒng)計表

帷幕灌漿補勘孔單位注入量為695.1 kg/m，其中分布在小于10 kg/m范圍內(nèi)的頻率為24%。因右岸進行了73段次灌注砂漿，故在表3數(shù)據(jù)統(tǒng)計時，這73段按注灰量為0 kg進行統(tǒng)計，導致在小于10 kg/m的范圍內(nèi)出現(xiàn)段數(shù)84次，實際出現(xiàn)段數(shù)為11次，頻率應為3%；在10～50 kg/m范圍內(nèi)的頻率為3%；在50～100 kg/m范圍內(nèi)的頻率為4%；在100～300 kg/m范圍內(nèi)的頻率為17%；在300～600 kg/m范圍內(nèi)的頻率為24%；在大于600 kg/m范圍內(nèi)的頻率為27%。補勘孔的單位注入量主要集中在小于300～600 kg/m、大于600 kg/m三個范圍內(nèi)。

左岸補勘孔單位注入量為422.4 kg/m，主要集中在300～600 kg/m范圍內(nèi)，共占左岸施工總段數(shù)的39%。右岸補勘孔單位注入量為891.6 kg/m，主要集中在大于600 kg/m的范圍內(nèi)，共占右岸施工總段數(shù)的34%。左岸單位注入量比右岸少52.6%。

補勘孔單位注灰量頻率曲線見圖3。

圖3 補勘孔單位注灰量頻率曲線圖

從單位注灰量頻率曲線圖中可以看出，在小于100 kg/m的范圍內(nèi)，左、右岸曲率相近；在100～600 kg/m范圍內(nèi)，左岸頻率曲線上升幅度明顯大于右岸，坡度最陡；在大于600 kg/m的范圍內(nèi)，右岸頻率曲線上升幅度明顯大于左岸，坡度最陡。

可見，右岸地質(zhì)條件比左岸差，與壓水試驗成果相符。

3.4 灌漿過程中特殊情況的分析

(1)灌注砂漿情況分析。

根據(jù)壓水試驗成果，對于透水率無窮大的補勘孔孔段，采用自密實砂漿灌注后待凝4 h后再掃孔后采用水泥漿液灌注的方式。

左岸補勘孔施工過程中未采用自密實砂漿進行灌注，而右岸地質(zhì)條件差，施工的補勘孔中有73段次采用自密實砂漿進行灌注，有4個補勘孔孔口段采用砂漿灌注且部分灌注砂漿的段次連續(xù)，推測右岸巖體破碎，存在較大的裂隙或空洞。

右岸補勘孔共灌注砂漿256.89 m3。砂漿灌注結(jié)束后復灌水泥漿時共灌注灰量254.11 t?？梢?，右岸地質(zhì)條件復雜，采用砂漿能夠?qū)⒋罅严痘蚩斩刺畛滹枬M，但對于縫寬小于3 mm的裂隙填充效果不明顯。采用水泥漿液灌注后，漿液充分填充到砂漿未灌至的地方，對灌漿質(zhì)量的提高有極大的幫助。補勘孔灌注砂漿情況統(tǒng)計見表5。

表5 補勘孔灌注砂漿情況統(tǒng)計表

(2)透水率小、但單位注入量大的孔段分析。

在補勘孔施工過程中，約有6%的孔段進行壓水試驗時透水率小于40 Lu，但灌漿時單位注灰量達到1 t/m。部分特殊孔段的統(tǒng)計情況見表6。

表6 部分透水率小、但單位注入量大的孔段統(tǒng)計表

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因為：透水率、單位注灰量均為比值關(guān)系。在壓力、段長一定的情況下，透水率僅與流量有關(guān)系，受時間長短影響小；而單位注灰量則與注入量有關(guān)系，為累積值，受時間長短影響大；進行壓水試驗時壓力相對較小，通過裂隙的流量相對較小。而進行灌漿時壓力相對較大，漿液在大壓力作用下可能將細微裂隙撐開，將漿液充分填充至裂隙中。

從表6中可以看出，灌注時間均在2 h以上，而灌漿最大壓力為1.5 MPa。可見，灌注時間長是出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要因素。

3.5 補勘孔巖芯

左岸施工的5個補勘孔巖芯取芯率集中在60%～70%，獲得率集中在47%～54%，RQD集中在30%～45%，巖芯完整性較差，多為柱狀巖芯，巖芯長度為13～19 cm，部分巖芯長度達80 cm。柱狀巖芯截面為圓形，部分為楔形，少量巖芯截面存在銹染。

右岸施工的7個補勘孔巖芯取芯率集中在40%～50%，獲得率集中在20%～35%，RQD集中在10%～24%，巖芯完整性差，巖體破碎，多為碎塊狀巖體，直徑為2～4 cm。

與右岸相比，左岸巖芯較完整，地質(zhì)條件相對較好。右岸巖芯破碎，地質(zhì)條件差，與壓水試驗成果及灌漿成果相符。

3.6 孔內(nèi)電視

補勘孔中的GB9-2-2孔局部孔段孔內(nèi)電視圖像見圖4。

3.7 聲波成果

利用地球物理測試手段進行了檢測。采用CE-9201型聲波測試儀和DZQ24型地震儀在水耦合下進行了單孔的聲波測試和兩孔之間巖體的地震波 CT測試。單孔聲波測試采用自下而上逐點檢測，點間距為20 cm，測試探頭采用一發(fā)雙收裝置，發(fā)射與接收換能器均在同一孔中。地震波CT測試采用12道串狀檢波器，測試時，在一孔不同位置設置檢波器，其間距為1 m；在另一個孔的不同位置設置激發(fā)點，其間距為2 m。完成一側(cè)孔激發(fā)后，兩孔互換，其結(jié)果見圖5。由該組聲波測試結(jié)果可見，整體速度分布范圍為1500～4800m/s。大部分速度色譜成紅色-淺紅色，速度大于3500m/s；左側(cè)上部和右側(cè)下部局部速度偏低，為2600～3300m/s。說明此補勘孔周圍巖層完整性一般，局部存在巖體破碎或強風化巖體，應采用壓漿處理。

圖4 補勘孔局部孔內(nèi)電視圖

圖5 部分孔段聲波CT速度分布色譜圖

4 結(jié) 語

通過對斜卡水電站復雜地質(zhì)條件下采用孔內(nèi)攝像(孔內(nèi)電視)、聲波測試等綜合勘探手段，使勘探施工在看得見的條件下進行，對勘探手段是一次新的探索，具有重大工程推廣價值，同時亦為斜卡水電站壩趾帷幕灌漿施工順利實施提供指導依據(jù)，可為今后的帷幕灌漿工程提供重要的參考價值和指導意義。

因此，在今后遇到類似或其它地質(zhì)條件下進行勘探時，可以借鑒同類綜合勘探手段及方法并應注意以下幾點：第一，適宜加密加深勘探孔；第二，采用取芯、注水、灌注自密實砂漿、注水泥漿、孔內(nèi)攝像(孔內(nèi)電視)、聲波測試等多種勘探手段相結(jié)合；第三，在施工過程中，及時整理、分析勘探資料并完善勘探手段。

參考文獻：

[1] 蔡勝華，黃智勇，董建軍，等，著. 注漿法[M]. 北京：中國水利水電出版社，2006.

作者簡介:

蔡海燕(1977-)，男，四川巴中人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；王 波(1974-)，男，四川內(nèi)江人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.