廖 偉，鄒延延，鄧希貴，王洪昌

（四川中水成勘院工程勘察有限責任公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站左岸抗力體固結(jié)灌漿效果綜合檢測分析

廖 偉，鄒延延，鄧希貴，王洪昌

（四川中水成勘院工程勘察有限責任公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高305 m，為世界目前第一高拱壩。對左岸抗力體中發(fā)育的f2、f5、f8斷層和煌斑巖脈及影響帶采用混凝土洞井置換網(wǎng)格、系統(tǒng)固結(jié)灌漿、局部磨細水泥－化學復合灌漿及高壓沖洗混凝土回填加密固結(jié)灌漿等多種處理措施。通過對左岸抗力體進行系統(tǒng)灌漿處理，以提高左岸抗力體巖石力學性能及防滲性能，增強巖體的整體性及均一性，提高巖體的抗變形能力。系統(tǒng)綜合物探檢測目的是檢測左岸抗力體固結(jié)灌漿質(zhì)量，評價系統(tǒng)固結(jié)灌漿效果，復核灌后巖體是否達到設(shè)計的各種物理力學指標等。

左岸抗力體；固結(jié)灌漿；壓水試驗；物探檢測；灌漿效果

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(nèi)，是雅礱江干流中下游水電開發(fā)規(guī)劃的“控制性”水庫，在雅礱江梯級滾動開發(fā)中具有“承上啟下”重要作用。大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 885 m，最大壩高305 m，裝機容量3 600 MW。

左岸抗力體為雙曲拱壩左側(cè)壩基及壩肩部分，為大壩壩基及壩肩受力部位。左岸抗力體共分布洞室68條，總長約11.8 km，洞室灌漿分五層進行施工，從上至下分別在1 885 m、1 829 m、1 785 m、1 730 m及1 670 m（見圖1），固結(jié)灌漿基巖鉆灌量超過69萬m，具有工程量大、質(zhì)量標準要求高、施工工期短、施工強度高、施工組織復雜等特點。因此，左岸抗力體的灌漿效果直接關(guān)系到錦屏一級水電站高拱壩的安全與穩(wěn)定。

圖1 左岸抗力體洞室群示意

左岸抗力體灌漿主要包括抗力體固結(jié)灌漿、抗力體外固結(jié)灌漿、帷幕洞底板固結(jié)灌漿、搭接帷幕灌漿、深孔帷幕灌漿、回填灌漿及接縫灌漿。通過對左岸抗力體進行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿等處理，以提高左岸抗力體巖石力學性能及防滲性能，增強巖體的整體性及均一性，提高巖體的抗變形能力。近年來國內(nèi)外大量采用單孔聲波、壓水試驗、鉆孔全景圖像、鉆孔變模和地震波層析（CT）成像等綜合檢測手段，提高了灌漿質(zhì)量評價的準確性，為工程驗收提供可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。

1 工程地質(zhì)條件

錦屏一級水電站左岸抗力體山體雄厚，相對高差1 500～1 700 m，為典型的深切“V”型谷。巖層走向與河流流向基本一致，左岸為反向坡，1 820～1 900 m高程以下為大理巖出露段，地形完整，坡度55°～70°，以上為砂板巖出露段，坡度35°～45°，地形完整性較差，呈山梁與淺溝相間的微地貌特征，少量可見平緩臺地及凹形淺槽。

左岸抗力體范圍內(nèi)地層巖性為三疊系中上統(tǒng)雜谷腦組第二段大理巖和第三段砂板巖，另外還可見后期侵入的煌斑巖脈（X）。第三段砂板巖分布于1 820 m高程以上，左岸抗力體范圍主要涉及第1、3層粉砂質(zhì)板巖和第2層變質(zhì)砂巖。第二段大理巖分布于1 820 m高程以下，不同高程從高到低、同一高程從里到外依次為第8層深灰色薄～中厚層狀大理巖，底部發(fā)育較多的綠片巖，第7層厚層狀大理巖、條紋狀大理巖，第6－2、6－1層深灰色薄～中厚層狀大理巖、少量角礫狀大理巖，第5層淺灰至灰白色厚層狀大理巖，第4層中厚層～厚層狀雜色角礫狀大理巖，夾透鏡狀、團塊狀綠片巖?；桶邘r脈（X）厚一般2.0～3.0 m，總體產(chǎn)狀N50°～70°E／SE∠60°～80°，貫穿分布于左岸壩基及抗力體內(nèi)，抗風化能力低，在高程1 680 m以上多弱～強風化，往高高程風化逐漸變強，高程1 680 m以下巖脈多微風化～新鮮。左岸抗力體斷層較發(fā)育，主要發(fā)育規(guī)模較大的f2、f5、f8斷層。

2 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后檢測指標要求

左岸抗力體固結(jié)灌漿總體上分為主灌漿區(qū)和控制灌漿區(qū)。將各高程主灌漿區(qū)邊界一定范圍的區(qū)域劃為控制灌漿區(qū)，要求在該區(qū)內(nèi)采用低壓濃漿并且需在主灌漿區(qū)灌漿前實施。高壓灌漿區(qū)：高程1 785 m以下的主灌漿區(qū)為高壓灌漿區(qū)；中壓灌漿區(qū)：高程1 785 m以上的主灌漿區(qū)為中壓灌漿區(qū)；低壓灌漿區(qū)：各高程控制灌漿區(qū)以及近邊坡部位的灌漿區(qū)為低壓灌漿區(qū)。其中各灌區(qū)又劃分若干個灌漿單元進行評價。

（1）固結(jié)灌漿灌后效果評價以巖體聲波波速為主、透水率為輔，必要時結(jié)合鉆孔變模和鉆孔全景圖像綜合評定。

（2）聲波速度測點以每個檢查孔為單位進行統(tǒng)計，每個單元檢查孔的合格率應(yīng)≥90%，且不合格的孔不集中。

（3）壓水試驗采用“單點法”，壓水壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1兆帕。每個單元檢查孔壓水試驗合格率應(yīng)≥85%，不合格孔段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定的150%且不集中。

（4）左岸抗力體范圍的斷層破碎帶、強風化煌斑巖脈、層間擠壓錯動帶等不參加物探成果評價工作。

左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后質(zhì)量評價主要技術(shù)指標見表1。

表1 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后質(zhì)量評價主要技術(shù)指標

3 檢測工作布置及成果分析

3.1 檢測工作布置

左岸抗力體固結(jié)灌漿高程范圍為1 635～1 885 m之間，共布置五層基礎(chǔ)處理洞室群，分別為1 885 m、1 829 m、1 785 m、1 730 m及1 670 m高程?？沽w固結(jié)灌漿孔沿灌漿平洞洞周輻射發(fā)散，1 785 m高程以上排間距為3.0 m，1 785 m高程以下排間距為4.0 m，f5斷層加密固結(jié)灌漿、煌斑巖脈加密固結(jié)灌漿排間距為2.0 m，洞室轉(zhuǎn)彎處最大排距≤3.0 m，環(huán)內(nèi)輻射灌漿孔終孔孔底間距為4.0 m?？沽w固結(jié)灌漿原則上采用自上而下、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、高壓式灌漿方式，灌漿孔分序施工、逐序加密，環(huán)間分二序、環(huán)內(nèi)分三序。固結(jié)灌漿采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，即2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1（重量比）四級水灰比灌注。

左岸抗力體固結(jié)灌漿檢測孔分為灌前、灌后檢測孔，灌前檢測孔原則上利用Ⅰ序灌漿孔進行檢測，灌后檢測孔壓水試驗在該部位灌漿結(jié)束7 d后進行，巖體波速測試在該部位灌漿結(jié)束14 d后進行，鉆孔變模在該部位灌漿結(jié)束后28 d后進行。固結(jié)灌漿灌前、灌后檢測孔孔數(shù)分別占灌漿孔總數(shù)的比例為：單孔聲波5%、壓水試驗5%、鉆孔全景圖像3%、鉆孔變模1%；每個單元內(nèi)灌漿后至少布置3個檢查孔，在地質(zhì)條件復雜及重要部位可加密布置。對局部灌后檢測效果未能達到設(shè)計要求的部位將進行補充灌漿，補充灌漿原則上采用濕磨細水泥漿液灌注。

左岸抗力體固結(jié)灌漿于2008年8月開始施工，截至2014年4月，左岸抗力體固結(jié)灌漿施工及檢測均全部完成。左岸抗力體固結(jié)灌漿共設(shè)計布置并實施了灌前檢測孔1 543個，灌后檢測孔1 890個（其中包括各灌漿區(qū)不合格部位的補充灌漿檢測）。

3.2 檢測成果分析

左岸抗力體固結(jié)灌漿效果檢測主要采用單孔聲波、壓水試驗、鉆孔全景圖像、鉆孔變模和地震波CT成像等綜合檢測方法。

3.2.1 單孔聲波檢測

單孔聲波測試是彈性波測試方法中的一種，是建立在固體介質(zhì)中彈性波傳播理論基礎(chǔ)上，以人工激振的方法向介質(zhì)發(fā)射聲波，在一定的空間距離上接收被測介質(zhì)物理特性所調(diào)制的傳播速度、振幅、頻率等聲波參數(shù)。單孔聲波測試采用測量點距均為0.2 m。由于左岸抗力體工程地質(zhì)條件復雜，存在有大量斷層、低波速巖帶、層間擠壓帶等，為獲取軟弱結(jié)構(gòu)巖帶或巖體的有效聲波數(shù)據(jù)，采取了分段造孔跟蹤檢測或分段堵水方式進行檢測。

左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后檢測孔要求重新造孔，灌后檢測孔深度應(yīng)與灌漿孔深一致，檢測孔位置由監(jiān)理根據(jù)現(xiàn)場灌漿情況、地質(zhì)條件和相關(guān)設(shè)計要求確定，并報設(shè)計確認。左岸抗力體固結(jié)灌漿各灌區(qū)灌后檢測孔單孔波速滿足設(shè)計要求，對不合格單元經(jīng)補充灌漿后滿足設(shè)計要求（見表2）。

表2 左岸抗力體各級巖體固結(jié)灌漿灌前、灌后單孔聲波波速綜合統(tǒng)計

從表2可以看出：

（1）各類巖體灌后平均波速相比灌前均有不同程度的提高，平均波速提高率介于2.97%～7.71%之間；其中Ⅳ2級大理巖和Ⅳ2級砂板巖灌后平均波速提高率最為顯著，分別為7.71%和6.71%；

（2）各類巖體的灌后離差Cv值均小于灌前值，說明灌后各類巖體波速分布較集中，灌后較灌前聲波曲線均勻、平滑，灌后巖體均一性較好；

（3）各級大理巖和各級砂板巖灌后低波速及小值平均均有較大提高，表明各級大理巖和各級砂板巖巖體經(jīng)固結(jié)灌漿后，低波速巖體灌漿效果有明顯提高；

（4）斷層及擠壓帶灌后離差Cv值偏大，且聲波曲線局部孔段仍有低波速鋸齒出現(xiàn)，局部起伏較明顯，表明斷層及擠壓帶經(jīng)固結(jié)灌漿后巖體均一性欠佳。

3.2.2 壓水試驗檢測

左岸抗力體固結(jié)灌漿灌前、灌后檢測孔均進行“單點法”壓水試驗。灌前測試孔利用I序灌漿孔進行，其“單點法”壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗清凈后進行，采用自上而下分段鉆孔、分段壓水、分段灌漿的方法，分段長度同灌漿段長度。試驗壓力均采用該段灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。壓入流量的穩(wěn)定標準為：在穩(wěn)定壓力下，每隔5 min測讀一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L／min時，即可結(jié)束壓水，取最終值作為計算值，其成果以透水率q表示，單位為呂榮（Lu）。

灌后壓水試驗在灌漿完成7天后進行，按照灌漿總孔數(shù)5%進行布孔，采用自下而上分段做單點法壓水試驗，壓水試驗段長與相鄰灌漿孔灌漿段長一致。灌后壓水試驗設(shè)計指標為每個單元檢查孔壓水試驗合格率應(yīng)≥85%，不合格孔段透水率不大于設(shè)計要求的150%且不集中。左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后壓水試驗成果綜合統(tǒng)計見表3。

表3 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后壓水試驗成果綜合統(tǒng)計

各高程灌前平均透水率Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔，符合一般灌漿規(guī)律。表明隨灌漿次序的增進，巖層裂隙逐漸被充填密實，巖體均一性及完整性得到了明顯改善。由表3可以看出：左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后壓水試驗共檢測1 890孔，壓水段數(shù)累計7 969段次，其中透水率q≤3.0 Lu的段次為7 742段，3＜q≤4.5 Lu的段次為116段（且均不集中，滿足設(shè)計要求），q＞4.5 Lu的段次為111段，故左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后檢測孔透水率平均合格率為98.6%。左岸抗力體固結(jié)灌漿各灌區(qū)灌后檢測孔透水率指標滿足設(shè)計指標要求，對不合格單元經(jīng)補充灌漿后均滿足設(shè)計指標要求。

3.2.3 鉆孔全景圖像檢測

鉆孔全景圖像檢測是一種能直觀獲得鉆孔孔壁巖層表面特征的原始圖像，具有直觀性、真實性等的優(yōu)點。該方法利于劃分地層結(jié)構(gòu)、確定軟弱泥化夾層，檢測斷層、裂隙、破碎帶，觀察地下水活動狀況位置等，佐證巖芯鑒定和彌補取芯不足，可直觀反映張開裂隙發(fā)育程度及漿液填充情況等（見圖2）。

鉆孔全景圖像檢測成果可綜合評價左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后裂隙填充率等灌漿效果，其灌前、灌后檢測孔數(shù)分別占灌漿孔總數(shù)的3%。檢測前應(yīng)對鉆孔進行反復沖洗，去掉孔壁殘留附著物，使鉆孔內(nèi)水質(zhì)清澈透明，以利于圖像清晰；如鉆孔內(nèi)積水仍渾濁，處理方法主要采用明礬凈水后再檢測。

圖2 左岸抗力體某灌區(qū)固結(jié)灌漿灌前、灌后檢測孔鉆孔全景圖像對比

從圖2可以看出，左岸抗力體某灌區(qū)灌前檢測孔大理巖大量張開裂隙發(fā)育，局部巖體較破碎，裂隙無充填物，完整性較差；經(jīng)固結(jié)灌漿處理后大理巖裂隙有明顯水泥漿液充填，填充率較高，并形成水泥結(jié)石，提高了巖體的完整性。

3.2.4 鉆孔變模檢測

鉆孔變形模量檢測是運用鉆孔壓力膨脹計，求得鉆孔深部變形特性的一種試驗方法。在巖體鉆孔中的有限長度內(nèi)，利用鉆孔壓力膨脹計向孔壁施加均勻的徑向壓力，同時測得孔壁的徑向變形，按彈性力學平面應(yīng)變的厚壁圓筒公式，計算出巖體的變形模量。鉆孔變形模量檢測成果反映出巖體的結(jié)構(gòu)特征，通過灌漿前后變形模量的提高幅度，綜合評價各類巖體的灌漿效果（見表4）。

表4 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌前、灌后巖體鉆孔變模值綜合統(tǒng)計

從表4可以看出：

（1）Ⅲ1級大理巖灌前（灌后）平均變模值為10.47 GPa（13.11 GPa），灌后較灌前提高25.2%；Ⅲ2級大理巖灌前（灌后）平均變模值為7.99 GPa（11.41 GPa），灌后較灌前提高42.8%；Ⅳ2級大理巖灌前（灌后）平均變模值為7.64 GPa（10.35 GPa），灌后較灌前提高35.5%。

（2）Ⅲ2級砂板巖灌前（灌后）平均變模值為9.73 GPa（11.68 GPa），灌后較灌前提高20.0%；Ⅳ2級砂板巖灌前（灌后）平均變模值為7.19 GPa（9.46 GPa），灌后較灌前提高31.6%。

（3）f2斷層灌前（灌后）平均變模值為8.79 GPa（12.03 GPa），灌后較灌前提高36.9%；f5斷層灌前（灌后）平均變模值為6.44 GPa（10.15 GPa），灌后較灌前提高57.6%；煌斑巖灌前（灌后）平均變模值為6.44 GPa（7.08 GPa），灌后較灌前提高9.94%。

（4）各類巖體灌后平均變模值均有較大提高，表明各類巖體固結(jié)灌漿效果均較好；從灌后各級巖體變形模量提高率可以看出，煌斑巖固結(jié)灌漿效果相比其它巖性或斷層灌漿效果較差。

（5）斷層及擠壓帶局部巖體較破碎，以致探頭無法升壓而無有效變模值，故有效測點偏少。

3.2.5 地震波層析（CT）成像檢測

地震波層析成像借鑒了現(xiàn)代醫(yī)學中的CT檢測技術(shù)，在相對平行的平硐間采用一發(fā)多收的扇形觀測系統(tǒng)（一硐激發(fā)，另一硐多道接收），通過改變激發(fā)點和接收排列的位置，組成密集交叉的射線網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)射線的疏密程度及成像精度劃分規(guī)則的成像單元，運用射線追蹤理論，采用特殊的反演計算方法形成被測區(qū)域的波速圖像，根據(jù)圖像中的波速分布情況來劃分巖體質(zhì)量、確定地質(zhì)構(gòu)造及軟弱巖帶的空間分布。

為查明左岸抗力體內(nèi)Ⅳ2級巖體分布，以及檢測固結(jié)灌漿的灌漿效果，針對抗力體巖體質(zhì)量進行了灌前、灌后地震層析（CT）成像檢測工作。通過地震波波速成像成果，可以總體評價左岸抗力體內(nèi)部斷層破碎帶及軟弱帶灌漿處理效果等（以1 670 m層為例）。

左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌前地震層析（CT）成像成果圖見圖3。結(jié)合開挖揭露工程地質(zhì)條件，在低波速1區(qū)，有g(shù)1670－1、g1670－2、g1670－3及f2四個地質(zhì)構(gòu)造穿過，形成一個低波速區(qū)；低波速2區(qū)沒有明地質(zhì)構(gòu)造，但是聲波測試成果表明該區(qū)域聲波測試曲線起伏變化很大，巖體均一性差。低波速區(qū)地震波波速多介于2 500～4 000 m／s之間，而非低波速區(qū)地震波波速則多介于3 500～5 500 m／s之間。

左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌后地震層析（CT）成像成果見圖4。1 670 m高程洞室經(jīng)系統(tǒng)固結(jié)灌漿處理后，成像區(qū)域呈一明顯低波速帶，與f2斷層及其擠壓帶在成像區(qū)域段重合，低波速區(qū)地震波波速多介于3 500～4 500 m／s之間；而灌漿處理后非低波速區(qū)巖體地震波波速較平穩(wěn)、集中，巖體均一性較好，地震波波速則多介于4 500～5 500 m／s之間。

圖3 左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌前地震層析成像成果

圖4 左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌后地震層析成像成果

4 結(jié) 論

錦屏一級水電站左岸抗力體經(jīng)系統(tǒng)固結(jié)灌漿處理之后，低波速軟弱巖體得到了明顯的改善，灌后巖體聲波波速、透水率、鉆孔變模及地震波波速值均得到較大提高，且均滿足設(shè)計灌后指標要求。達到了提高左岸抗力體巖石力學性能及防滲性能，增強巖體的整體性及均一性，提高巖體的抗變形能力。因此，在壩基抗力體系統(tǒng)固結(jié)灌漿過程中，采用綜合物探檢測方法評價灌漿效果是可行的，可在類似工程基礎(chǔ)固結(jié)灌漿處理中借鑒和推廣應(yīng)用。

［1］ 施建新，胡偉.淺談利用聲速資料評價基礎(chǔ)固結(jié)灌漿效果［J］.勘察科學技術(shù)，1998，10（5）：62－65.

［2］ 高付才.用鉆孔彈模計評價大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿效果［J］.土工基礎(chǔ)，2008，22（2）：8－10.

［3］ 李秀龍.小灣水電站壩肩抗力體固結(jié)灌漿施工［J］.水利水電施工，2011，25（3）：54－56.

［4］ 姚杰，鄒剛.錦屏一級水電站左岸抗力體固結(jié)灌漿試驗［J］.水利水電施工，2012，30（4）：55－59.

［5］ 張勁青，劉剛.二灘拱壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿施工和質(zhì)量控制［J］.水電站設(shè)計，2007，23（2）：88－92.

［6］ 劉強，尹華安，李瑞青.溪洛渡水電站大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計［J］.水電站設(shè)計，2012，28（4）：16－19.

［7］ 王勝.錦屏一級水電站左岸抗力體地質(zhì)缺陷及加固處理技術(shù)研究［D］.成都理工大學，2010.

［8］ 中國水利水電第七工程局有限公司.雅礱江錦屏一級水電站左岸基礎(chǔ)處理工程施工驗收報告［R］ 2014（4）.

［9］ 中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院.四川省雅礱江錦屏一級水電站左岸基礎(chǔ)處理工程抗力體固結(jié)灌漿施工技術(shù)要求［R］.2010（9）.

［10］ 中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院.錦屏一級水電站左岸基礎(chǔ)處理工程灌漿質(zhì)量物探檢測成果報告［R］. 2014（4）.

TV543

B

1003－9805（2015）02－0047－06

2014－06－30

廖 偉（1983－），男，四川瀘州人，工程師，從事工程物探檢測與研究工作。