馬生龍

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000 )

1 工程概述

1.1 基礎(chǔ)概況

JH二級樞紐工程主要由混凝土拱壩、水墊塘、二道壩、發(fā)電引水系統(tǒng)、生態(tài)放水洞、過魚設(shè)施、邊坡、危巖體處理、進水塔及臨時設(shè)施等建筑物組成(平面示意圖如圖1所示)?；炷凉皦螢閽佄锞€型雙曲拱壩，壩頂高程880.50 m, 建基面高程713.00 m，最大壩高167.50 m，壩頂全長288.40 m,水庫總庫容為3.68億m3。安裝4臺混流式水輪發(fā)電機組，電站裝機容量160 MW。

1.2 水文、氣象及地質(zhì)條件

(1)拱壩為地處嚴寒、強震區(qū)的高拱壩，設(shè)計地震基巖水平動峰值加速度為422.5 gal(0.431 g)，極端最高氣溫為41.6 ℃，極端最低氣溫為-36.4 ℃，極端最大溫差78.0 ℃，且氣候干燥。多年平均風(fēng)速1.7 m/s，最大風(fēng)速25.1 m/s，最大積雪深度為23 cm，最大凍土深度141 cm[1]。

(2)Jef4巖脈巖性為蝕變花崗閃長斑。巖脈寬度約5.7～6.6 m，巖脈內(nèi)存在不同程度的蝕變，根據(jù)現(xiàn)場估測蝕變程度占比，強蝕變約占10%～15%，強蝕變主要發(fā)育位置為斷層下接觸面。斷層下接觸面產(chǎn)狀為NW∠275°～280°、NE∠40°～50°，面較平直，光滑，充填物質(zhì)為斷層泥及強蝕變花崗閃長斑巖，厚度約30～40 cm，為軟弱接觸[2]。斷層內(nèi)主要發(fā)育1組結(jié)構(gòu)面：產(chǎn)狀為NW∠280°～300°、NE∠35°～47°，面平直，粗糙，泥質(zhì)充填，張開2～5 mm，裂隙間距30～60 cm，延伸長度大于15 m。巖脈內(nèi)局部沿裂隙面發(fā)育破碎帶，破碎帶主要由碎塊石組成，在上部、中部、下部均有不同程度的分布。巖脈巖體以鑲嵌～碎裂結(jié)構(gòu)為主，巖體完整性差～較破碎。巖脈巖體質(zhì)量為AⅣ-1類。

(3)壩址區(qū)主要分布6條斷層，分別為Jef4、Jef36、Jef61、Jef8、Jef51、Jef38，均屬于Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，其中Jef4為橫向分布的在巖脈中局部發(fā)育的軟弱破碎蝕變帶，其產(chǎn)狀變化較大，壩線下游拱座及抗力體部位產(chǎn)狀較穩(wěn)定，產(chǎn)狀為NW∠271°、NE∠29°，巖脈厚度一般為2.4～7.1 m，總體性狀為巖塊巖屑夾泥型，對拱壩的壩肩穩(wěn)定和變形穩(wěn)定起主導(dǎo)作用[3]。設(shè)計方案是對Jef4在左右岸壩基開挖揭露部分進行表層開挖、置換，并根據(jù)壩體變形穩(wěn)定和壩肩穩(wěn)定要求，進行內(nèi)部抗剪洞混凝土置換，并加強抗力體范圍內(nèi)斷層的帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和排水。因斷層厚度較大，Jef4抗剪洞斷面尺寸為10 m×8 m，施工難度較大。

圖1 混凝土拱壩平面布置示意

2 壩基固結(jié)灌漿

拱壩壩基采用巖石蓋重灌漿、無混凝土蓋重灌漿及混凝土蓋重引管灌漿等方式及其組合方式；斷層處理開挖面、部分壩段無混凝土蓋重灌漿；1#～4#、12#～16#壩段、左右岸高程718.00～760.00 m無蓋重加引管有蓋重固結(jié)灌漿；水泥采用抗硫酸鹽水泥，強度等級為42.5，且所用水泥的細度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%，性能滿足規(guī)范要求。灌漿分三序進行，均采用自下而上分段灌漿法。本文主要討論預(yù)留保護層巖石蓋重灌漿結(jié)合混凝土蓋重引管灌漿的方法，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，施工時段為冬季和初春，氣溫較低，經(jīng)過參建各方多次專題會議討論和邀請國內(nèi)地質(zhì)專家論證后采用本方案[4]。

預(yù)留保護層巖石蓋重灌漿結(jié)合混凝土蓋重引管灌漿主要適用于高程718.00 m以下河床壩段和壩基Jef4斷層處理部位固結(jié)灌漿。首先在預(yù)留的5 m保護層(或需挖除巖體上Jef4處理部位)上進行巖石蓋重固結(jié)灌漿，待灌漿質(zhì)量檢查合格后開挖保護層；保護層挖除后再次進行淺層為主的灌漿質(zhì)量檢查，檢查不合格的部位，采用混凝土蓋重鉆孔灌漿或引管灌漿進行補灌處理。

3 固結(jié)灌漿施工

3.1 灌漿孔鉆孔及測試

按拱壩設(shè)計技術(shù)要求鉆孔，灌漿孔孔徑為φ56 mm；物探測試孔、質(zhì)量檢查孔、取芯孔、抬動監(jiān)測孔孔徑不小于φ76 mm[5]。

物探測試進行聲波測試(跨孔法)。壩基固結(jié)物探孔孔深均為8 m；固結(jié)灌漿兼物探測試孔，當固灌孔孔深大于8 m時，先鉆進8 m進行物探測試，完畢后繼續(xù)鉆進到固結(jié)灌漿設(shè)計深度，進行固結(jié)灌漿并封孔；抬動變形觀測采用千分表人工觀測,深度超過灌漿范圍5 m。累計基巖抬動變形允許值為200 μm，混凝土抬動變形允許值為100 μm。

3.2 灌漿施工程序

巖石蓋重固結(jié)灌漿，先對0～5 m保護層采用低壓封閉灌漿，再進行壩基孔段巖石蓋重灌漿；壩基孔段和無蓋重固結(jié)灌漿方法采用自下而上灌漿法：鉆機對中調(diào)平固定、開孔鉆至設(shè)計孔深、阻塞全孔洗孔、壓水、阻塞最后一段壓水、灌漿、阻塞上一段灌漿(依次至全孔結(jié)束)、封孔。

3.3 灌漿分段及灌漿壓力

拱壩壩基灌漿孔的基巖灌漿段采用分段灌注方法，各分段長度為5～6m，當拱壩壩基巖體破碎、孔壁不穩(wěn)、鉆孔中遇有大裂隙、斷層或集中巖溶漏水時，應(yīng)再縮短灌漿段長度(為2～3 m)，并作為單獨一段進行灌漿?；鶐r累計抬動變形值不允許超過200 μm，混凝土累計抬動變形值不允許超過100 μm。以確保拱壩壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量和混凝土、巖面不發(fā)生有害抬動為原則[6]。抬動觀測裝置如圖2所示。

圖2 抬動觀測裝置

拱壩壩基灌漿過程中，按分級加壓的方式使灌漿壓力逐步達到設(shè)計值(如表1)，灌漿壓力和注入率相適應(yīng)，必須嚴格控制灌漿注入率與壓力的關(guān)系(如表2)。

表1 巖石蓋重固結(jié)灌漿壓力值 MPa

表2 固結(jié)灌漿注入率和壓力關(guān)系參考

3.4 漿液水灰比

固結(jié)灌漿Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔均采用抗硫酸鹽水泥，Jef4斷層高壓固結(jié)灌漿用濕磨細水泥漿液,漿液水灰比采用3∶1、2∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級。拱壩壩基EL713高程透水率大于20 Lu的孔段，用1∶1的單一水灰比灌注，對于不起壓不回水、透水率大于100 Lu的孔段，用0.5∶1的單一水灰比灌注[7]。灌漿記錄儀記錄，同時灌漿現(xiàn)場做詳細的手工記錄。

3.5 特殊情況處理

灌漿過程中任何特殊情況與處理，應(yīng)如實詳細地在灌漿記錄中予以反映，其處理措施的選擇與采用，均以將損失減小到最小程度，確保灌漿質(zhì)量為原則。

3.6 斷層帶及大耗漿段處理

(1)鉆孔穿過斷裂構(gòu)造發(fā)育帶，發(fā)生塌孔、掉塊或集中滲漏時，立即停鉆，查明原因。采取固壁待凝后重新鉆孔[7]。

(2)當灌漿段注入量大，灌漿難于結(jié)束時，結(jié)合地勘或先導(dǎo)孔資料查明原因。根據(jù)具體情況，用下列措施處理：①降低灌漿壓力，用低壓或自流式灌漿。②將進漿量限制在30～40 L/min或更小，使用濃漿灌注，待進漿量明顯減小后升高壓力，再次限制漿液，反復(fù)進行，直至達到結(jié)束標準。③使用上述方法仍無效，壓力升不上去，且耗漿量已較大，可采用濃漿間歇灌注，待大裂隙堵上后，再進行正常灌漿。④必要時可暫停灌漿，待凝后重新鉆開，重新復(fù)灌。⑤漿液中摻加速凝劑。

3.7 涌水處理

拱壩壩基高程713.00 m孔口有涌水的孔段，灌漿前測記涌水量和涌水壓力，根據(jù)涌水情況，采取了自上而下分段灌漿、縮短灌漿段長、提高灌漿壓力、灌注濃漿、灌注速凝漿液、屏漿、閉漿措施；有效的制止涌水，灌后針對該段固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查，均達到設(shè)計要求[8]。

3.8 回漿失水變濃處理

灌漿過程中采用適當加大灌漿壓力；采用分段阻塞循環(huán)式灌注；換用相同水灰比的新漿灌注；加密灌漿孔；若上述處理措施效果不明顯，應(yīng)研究改用細水泥漿、水泥膨潤土漿或化學(xué)漿液灌注。

3.9 冬季低溫條件下灌漿施工

(1)當工作面日平均溫度在5 ℃以下或日平均溫度雖在5 ℃以上，但日最低溫度在-3 ℃以下時，灌漿工作應(yīng)按冬季施工進行：①灌漿漿液溫度在漿液注入灌漿孔以前宜保持在10 ℃以上，灌漿時受灌巖層溫度不宜低于5 ℃，并在灌后5 d內(nèi)，宜保持此溫度。②灌漿泵及漿液攪拌設(shè)備應(yīng)設(shè)置在避風(fēng)防寒的灌漿房內(nèi)，灌漿房內(nèi)溫度宜保持在10 ℃以上，漿材存放點溫度應(yīng)在0 ℃以上。③輸漿及供水管路須采取保溫防凍措施。采用熱水攪拌水泥漿液，水溫不得超過40 ℃，待水溫均勻后，再加入水泥，水泥不得預(yù)先加熱。④灌漿時的氣溫、灌漿房內(nèi)溫度、灌入前漿液溫度均應(yīng)定時測量，前兩項每4～8 h測量一次，灌漿時漿液溫度應(yīng)每小時測一次。

(2)引管固結(jié)灌漿兼做接觸灌漿時漿液溫度以10 ℃為宜，最低不低于5 ℃。

4 質(zhì)量檢查和標準

(1)灌后物探測試孔巖體波速測試，孔段合格率在孔深0～5 m時為90%以上，5～20 m時為85%以上。檢查標準：固結(jié)灌漿后Ⅲ1級巖體聲波速度90%以上應(yīng)大于5000 m/s，小于4500 m/s的測試段比例小于5%；Ⅲ2級巖體聲波速度90%以上應(yīng)大于4500 m/s，小于4000 m/s的測試段比例小于5%。灌后不合格段不應(yīng)集中在局部區(qū)域，并應(yīng)消除集中分布的低波速段[9]。

(2)固結(jié)灌漿檢查孔壓水試驗檢查，檢查應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束4 d后進行。具體孔位待分析灌漿資料后現(xiàn)場確定。合格標準為：單元工程內(nèi)檢查孔85%以上的試段透水率q≤3 Lu，其余試段的透水率不大于設(shè)計規(guī)定值的1.5倍，且分布不集中。

(3)檢查孔均應(yīng)采取巖芯，巖芯采取率應(yīng)不小于95%，獲得率(RQD值)應(yīng)不小于80%，混凝土與巖石結(jié)合面膠結(jié)良好。要求對巖芯進行編錄、描述拍照，并妥善保存。

5 結(jié) 語

由于作業(yè)環(huán)境惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計要求高等因素。施工前進行了相似條件下的灌漿生產(chǎn)性試驗，根據(jù)生產(chǎn)性試驗結(jié)果進一步優(yōu)化灌漿參數(shù)，調(diào)整灌漿孔間排距、壓力、灌漿孔深度等，最終以適宜的鉆孔設(shè)備及施工方法，灌漿質(zhì)量驗收合格，按期完成固結(jié)灌漿施工，為后續(xù)高拱壩混凝土澆筑提供有利條件。