(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)有限公司，成都，610213)

2017年5月，中國(guó)水電七局·華東院雅礱江楊房溝水電站設(shè)計(jì)施工總承包項(xiàng)目部(以下簡(jiǎn)稱“總承包部”)開展雅礱江楊房溝水電站拱壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究工作。為了優(yōu)質(zhì)、安全地按計(jì)劃完成此次固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究工作，總承包部編制了《楊房溝水電站拱壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿施工技術(shù)要求》、《楊房溝水電站拱壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿試驗(yàn)大綱》，并開展了壩基固結(jié)灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 壩區(qū)基本地質(zhì)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(nèi)的雅礱江中游河段，混凝土雙曲拱壩最大壩高155m，水庫(kù)總庫(kù)容5.125億m3，裝機(jī)容量1500MW。

壩區(qū)基巖主要為花崗閃長(zhǎng)巖，深灰～淺灰色，花崗結(jié)構(gòu)為主。壩基范圍無大規(guī)模的斷層發(fā)育，僅發(fā)育有斷層f2、f24、f33、f48、f62、f63、f65、f66、f19-10共9條Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面，寬度10cm～50cm，帶內(nèi)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(jí)結(jié)構(gòu)面，斷層走向主要以NWW、NNE向中陡傾角為主，緩傾角結(jié)構(gòu)面較少發(fā)育。

壩基巖體中陡傾角較發(fā)育，緩傾角較少發(fā)育，結(jié)合節(jié)理面的性狀特征，右岸最發(fā)育節(jié)理為NNE向一組，其次NWW向～近EW向、NEE～近EW向二組略顯優(yōu)勢(shì)：

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

(2)N60°～90°W NE∠40°～60°(或SW∠50°～70°)，平行發(fā)育，間距20cm～60cm不等，面鐵錳質(zhì)渲染及鈣質(zhì)充填，個(gè)別夾巖屑及面見擦痕，傾向NE的延伸長(zhǎng)度10m～50m，個(gè)別大于100m，傾向SW的延伸長(zhǎng)度10m～20m以內(nèi)；

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

2 灌漿試驗(yàn)的目的

探索楊房溝水電站壩區(qū)固結(jié)灌漿的合理設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，了解壩區(qū)巖體經(jīng)固結(jié)灌漿處理后的整體性、剛度、強(qiáng)度的提高幅度，以及相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)，為壩基地基處理提供依據(jù)。通過灌漿試驗(yàn)研究在無混凝土蓋重、混凝土蓋重條件下進(jìn)行固結(jié)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(yōu)的漿液配合比及鉆灌設(shè)備、機(jī)具的最優(yōu)組合方案。

根據(jù)《楊房溝水電站拱壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿試驗(yàn)大綱》，經(jīng)過灌漿試驗(yàn)后巖體力求達(dá)到表1中指標(biāo)。

表1 壩基巖體灌后聲波檢查合格標(biāo)準(zhǔn)

注：表中括號(hào)內(nèi)為某一單獨(dú)檢查孔的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，壩段驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)必須滿足條件，單獨(dú)檢查孔的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)主要作為施工過程控制。

3 試驗(yàn)區(qū)選擇與鉆孔布置

試驗(yàn)區(qū)的選擇遵循試區(qū)地質(zhì)條件應(yīng)具有代表性、便于施工、便于測(cè)試的原則，并結(jié)合已有地質(zhì)資料，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察和反復(fù)研究，確定本次固結(jié)灌漿試驗(yàn)進(jìn)行四個(gè)試驗(yàn)區(qū)的施工。無蓋重固結(jié)灌漿選擇三個(gè)試驗(yàn)區(qū)；有蓋重固結(jié)灌漿選擇一個(gè)試驗(yàn)區(qū)。

試驗(yàn)一區(qū)布置在右岸壩基2080m～2095m高程，樁號(hào)C0+0m～C0+15m區(qū)域，灌漿孔位布置見圖1。試驗(yàn)二區(qū)布置在左岸壩基2070m～2085m高程，樁號(hào)C0+1.5m～C0+15.49m區(qū)域，灌漿孔位布置見圖2。試驗(yàn)三區(qū)布置在右岸導(dǎo)流洞5#施工支洞，樁號(hào)K0+58.5m～K0+84.5m，灌漿孔位布置見圖3。試驗(yàn)四區(qū)布置在導(dǎo)流洞3#施工支洞K0+35.5m～K0+49m區(qū)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(yàn)一區(qū)孔位布置

圖2 試驗(yàn)二區(qū)孔位布置

圖3 試驗(yàn)三區(qū)孔位布置

圖4 試驗(yàn)四區(qū)孔位布置

4 灌漿方法與工藝

本次試驗(yàn)的各項(xiàng)主要工作程序見圖5。

試驗(yàn)一、二區(qū)采用了分段分序的灌漿施工技術(shù)，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(jìn)行第二段及以下部分的灌漿。壩基無蓋重固結(jié)灌漿施工時(shí)，優(yōu)先施工上下游邊界部位，以形成相對(duì)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(yàn)區(qū)主要施工成果見表2。

圖5 灌漿試驗(yàn)工作程序

表2 無蓋重試驗(yàn)區(qū)灌漿主要施工成果

有蓋重試驗(yàn)區(qū)主要施工成果見表3。

表3 有蓋重試驗(yàn)區(qū)灌漿主要施工成果

試驗(yàn)區(qū)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(guī)律，Ⅲ序孔單位注入率明顯減小，說明地層經(jīng)過各次序孔灌漿后已經(jīng)得到了明顯改善。試驗(yàn)四區(qū)灌前透水率及單位注入量均極小，無明顯遞減規(guī)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(yàn)區(qū)灌后檢查孔壓水成果見表4。

表4 檢查孔壓水成果

從4個(gè)固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌后巖體透水率來看，灌后檢查孔壓水滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量合格。

5.2.2 巖體聲波測(cè)試及分析

(1)試驗(yàn)一區(qū)

該灌漿試驗(yàn)區(qū)域?yàn)棰?類花崗閃長(zhǎng)巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

表5 試驗(yàn)一區(qū)聲波特征值統(tǒng)計(jì)

(2)試驗(yàn)二區(qū)

該灌漿試驗(yàn)區(qū)域?yàn)棰?類花崗閃長(zhǎng)巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)二區(qū)聲波特征值統(tǒng)計(jì)

(3)試驗(yàn)三區(qū)

該灌漿試驗(yàn)區(qū)域?yàn)棰蝾惢◢忛W長(zhǎng)巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表7。

表7 試驗(yàn)三區(qū)聲波特征值統(tǒng)計(jì)

(4)試驗(yàn)四區(qū)

該灌漿試驗(yàn)區(qū)域?yàn)棰蝾惢◢忛W長(zhǎng)巖，灌漿前、后單孔聲波特征值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表8。

表8 試驗(yàn)四區(qū)聲波特征值統(tǒng)計(jì)

綜上所述，0～2m段平均波速提高率在8%～12%區(qū)間(試驗(yàn)四區(qū)除外)，2m～孔底段平均波速提高率在1.5%～3%區(qū)間，4個(gè)試驗(yàn)區(qū)灌后聲波檢測(cè)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，質(zhì)量合格。

5.2.3 巖體變形模量測(cè)試及分析

鉆孔變模測(cè)試是在灌前測(cè)試孔和灌后檢查孔內(nèi)進(jìn)行的，測(cè)試成果見表9。

表9 試驗(yàn)變模測(cè)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(cè)試及分析

此次檢測(cè)工作所采用儀器為武漢固德公司生產(chǎn)的GD3Q-GA超高清智能鉆孔電視成像儀，系統(tǒng)由采集儀、井下電視探頭、孔深計(jì)數(shù)器和分析處理軟件組成。分析各試驗(yàn)區(qū)鉆孔全景圖像解釋成果：試驗(yàn)一區(qū)鉆孔全景圖像灌后檢測(cè)孔顯示，灌后共有63處裂隙，其中29處裂隙見水泥結(jié)石充填；試驗(yàn)二區(qū)鉆孔全景圖像灌后檢測(cè)孔顯示，灌后共有24處裂隙，其中18處裂隙見水泥結(jié)石充填；試驗(yàn)三區(qū)鉆孔全景圖像灌后檢測(cè)孔顯示，灌后共有37處裂隙，其中18處裂隙見水泥結(jié)石充填。

5.2.5 芯樣室內(nèi)試驗(yàn)

為了更加充分地了解灌前、灌后巖體情況，在試驗(yàn)一、二、三區(qū)分別選取了灌前、灌后各2塊巖芯，共計(jì)12塊巖芯進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)。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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50266-99)的要求，對(duì)圓柱體巖樣進(jìn)行了巖石密度試驗(yàn)和聲波試驗(yàn)，對(duì)磨片進(jìn)行了電鏡掃描試驗(yàn)。通過試驗(yàn)、資料整理和綜合分析，得到了巖樣的天然密度和微觀結(jié)構(gòu)。

(1)密度試驗(yàn)

灌后巖樣的密度稍大于灌前巖樣的密度，這是因?yàn)樵摶◢弾r內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較完整，節(jié)理裂隙較少，導(dǎo)致灌漿時(shí)有較少漿液進(jìn)入到巖體內(nèi)部，說明該花崗巖的可灌性較差。

(2)聲波測(cè)試

本次測(cè)試工作所用儀器為美國(guó)NDT JamesV-Meter MK IV超聲波測(cè)試儀。6個(gè)灌前試樣波速平均值為4228m/s，6個(gè)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(jìn)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(yàn)

掃描電鏡(SEM)是介于透視和光學(xué)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(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。對(duì)比灌前、灌后試樣電鏡照片，兩者微觀結(jié)構(gòu)大體上沒有差異，但仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)，部分灌后試樣微觀照片中偶見細(xì)小水泥顆粒，這說明有少量漿液滲入到了該巖體內(nèi)部。

6 結(jié)論與建議

根據(jù)《雅礱江楊房溝水電站設(shè)計(jì)施工總承包(YFGC-201506)拱壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究大綱》的要求，固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查以聲波測(cè)試巖體波速為主，鉆孔壓水試驗(yàn)為輔，并結(jié)合灌漿前后物探成果、有關(guān)灌漿施工資料以及鉆孔取芯資料、巖石磨片鑒定成果進(jìn)行綜合評(píng)定。

(1)試驗(yàn)區(qū)巖體具有代表性，灌漿試驗(yàn)取得了成功。四個(gè)試驗(yàn)區(qū)的巖體分別代表了壩區(qū)性狀不同的巖體。試驗(yàn)一區(qū)主要代表左岸壩基以Ⅲ1類巖體為主以及局部沿?cái)鄬觙400條帶的Ⅲ2類；試驗(yàn)二區(qū)主要代表左岸壩基以較完整為主的Ⅲ1類巖體；試驗(yàn)三區(qū)主要代表導(dǎo)流洞5#施工支洞以較完整的Ⅱ類圍巖；試驗(yàn)四區(qū)主要代表導(dǎo)流洞3#施工支洞以較完整的Ⅱ類圍巖。

(2)本次灌漿試驗(yàn)中比較和采用了實(shí)用的灌漿工藝和方法、多種灌漿漿液、多種測(cè)試手段。試驗(yàn)區(qū)灌漿施工所使用的水泥漿液及配合比、施工工藝、施工參數(shù)、方法、流程基本可行，試驗(yàn)資料可靠，試驗(yàn)成果對(duì)今后的設(shè)計(jì)、施工具有指導(dǎo)意義。

(3)試驗(yàn)區(qū)巖體通過灌漿后各項(xiàng)力學(xué)性能得到了明顯改善，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，透水率大大降低，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

(4)灌漿材料的建議：根據(jù)四個(gè)試驗(yàn)區(qū)成果統(tǒng)計(jì)分析，尤其是試驗(yàn)二區(qū)普通硅酸鹽水泥施工區(qū)域的灌前透水率0.74Lu，平均單位注灰量1.44kg/m；濕磨細(xì)水泥施工區(qū)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(xì)水泥，在灌漿效果上基本一致。根據(jù)試驗(yàn)一、三區(qū)的檢查孔濕磨細(xì)水泥與超細(xì)水泥灌漿成果分析，濕磨細(xì)水泥的灌前透水率0.15Lu，平均單位注灰量0.61kg/m；超細(xì)水泥的灌前透水率0.28Lu，平均單位注灰量0.1kg/m。故濕磨細(xì)水泥與超細(xì)水泥灌漿效果基本一致。故灌漿材料主要應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，局部可采用濕磨細(xì)水泥。

(5)對(duì)孔排距的建議：本次無蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)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(jié)灌漿試驗(yàn)采用矩形布孔型式，孔間距2.5m、2.8m、3.0m。試驗(yàn)一區(qū)Ⅲ序加密孔平均單位注入量7.44kg/m，試驗(yàn)二區(qū)Ⅲ序加密孔平均單位注入量1.39kg/m，試驗(yàn)三區(qū)Ⅲ序加密孔平均單位注入量3.94kg/m，試驗(yàn)四區(qū)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(jié)灌漿建議采用梅花形布孔型式，孔排距為3.0m。

(6)對(duì)施工工藝和參數(shù)的建議：①灌漿方法：宜采用沖擊鉆鉆機(jī)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(dāng)提高灌漿壓力起到擴(kuò)張裂隙、提高可灌性的作用，而又不導(dǎo)致巖體的過大變位，建議按照最大灌漿壓力2.0MPa～3.0MPa實(shí)施。