金月 李洪蕊 朱濤

1 工程概況

西北地區(qū)某高拱壩樞紐位于新疆博爾塔拉蒙古自治州，擋水建筑為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程880.5 m，最大壩高167.5 m，拱壩壩址為大體對稱的“V”形橫向谷，河谷狹窄，寬高比1∶1.26；邊坡高陡，坡高170～200 m，河谷狹窄，寬高比1∶1.26；邊坡高陡，坡高170～200 m，兩岸坡度多大于65°。

2 本工程特點

2.1 地質特點

壩基主要為巨厚層、厚層灰?guī)r，巖體較完整均一，巖體類別主要為AⅢ-1、AⅢ-2類，AⅢ-1類聲波波速范圍為4 900～5 500 m/s，AⅢ-2類聲波波速范圍為4 000～4 900 m/s。壩肩受力范圍內(nèi)順河向陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，低高程發(fā)育緩傾角jef4巖脈。

（1）順河向陡傾角節(jié)理與壩肩主要受力方向夾角較小，裂隙發(fā)育，連通率較高，層間抗剪斷參數(shù)較低，不利于壩肩整體穩(wěn)定。

（2）Jef4巖脈主要巖性為花崗閃長斑巖，受地質構造等因素影響，巖脈多有不同程度的蝕變。蝕變巖為巖塊巖屑夾泥型，對壩基變形、抗滑穩(wěn)定及邊坡穩(wěn)定均有不同程度的不利影響，為壩址區(qū)主要不良地質現(xiàn)象。

2.2 施工特點

（1）拱壩地處嚴寒地區(qū)，混凝土澆筑和灌漿在冬季不能施工，年有效施工期較短，全壩基采用有蓋重固結灌漿影響整體工程工期。

（2）拱壩壩前設計水頭超過160 m，壩肩拱推力較大，對地基條件要求較高。

（3）壩基巖體類別主要為AⅢ-1、AⅢ-2類，壩肩受力范圍內(nèi)構造裂隙總體發(fā)育，全壩段特別是低高程區(qū)域采用無蓋重灌漿時，巖體參數(shù)難以滿足設計要求。

3 壩基固結灌漿設計

為提高大壩壩基的整體性、均勻性、抗?jié)B性和承載能力，對壩基及上下游擴大灌漿區(qū)進行固結灌漿。固結灌漿的范圍和孔深，主要根據(jù)基巖的裂隙情況、受力條件、壩基的變形穩(wěn)定要求確定。

3.1 灌漿材料和漿液

壩址區(qū)地下水具有硫酸鹽腐蝕性，用于固結灌漿、接觸灌漿的水泥需采用高抗硫酸鹽硅酸鹽（P.HSR42.5）的普通水泥漿液水泥，水泥的細度要求通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。推薦漿液水灰比可采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1（重量比）5個比級。在特殊地質條件下或有特殊要求時，需要通過現(xiàn)場灌漿試驗論證，可使用濕磨細水泥進行灌漿。

3.2 灌漿次序

壩基固結灌漿孔采用逐漸加密的原則，按3序孔施工。對于局部后序排的末序孔注灰量仍較大的區(qū)域或者連通性較差的錯動帶、斷層帶，進行加密灌漿補灌。Ⅰ、Ⅱ序孔采用普通水泥漿液，Ⅲ序及以加密孔可采用濕磨細水泥漿液。灌漿孔布置如圖1、2所示。

圖1 壩基無蓋重固結灌漿孔簡圖（單位：m）

圖2 壩基引管灌漿固結灌漿孔簡圖（單位：m）

3.3 灌漿方式

（1）根據(jù)建基面地質及應力分布條件，壩基固結灌漿的主要分為以下4種方式：①無蓋重灌漿+混凝土蓋重引管灌漿：大壩混凝土澆筑之前，先對壩基進行全孔段無蓋重灌漿。待表層2 m以下灌漿檢查合格后，鋪設引管灌漿埋管，引至壩體下游貼角、廊道或監(jiān)理工程師指示部位。待上部壩體混凝土澆筑高度大于30 m（或達到壩頂高程）且當壩體混凝土冷卻至封拱溫度后，對基巖淺部巖體進行引管補強灌漿。對于坡度陡于50°，需要進行接觸灌漿的壩段，可將接觸灌漿與淺層引管灌漿結合。②預留保護層巖石蓋重灌漿+混凝土蓋重引管灌漿：首先對預留5 m保護層進行低壓封閉灌漿，再進行壩基巖石蓋重固結灌漿，待灌漿質量檢查合格后開挖保護層；保護層挖除后再次進行淺層巖體的灌漿質量檢查，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無蓋重灌漿：直接對基巖進行無蓋重灌漿，在進行表層基巖灌漿時，需采用低壓。④混凝土蓋重灌漿：混凝土蓋重最小厚度為8.0 m或達到設計高程（以避免上部混凝土產(chǎn)生不利變形為原則），且當混凝土達到50%設計強度后，方可開始鉆孔灌漿；大壩貼角有蓋重灌漿時，應在混凝土溫度冷卻至設計溫度后開始灌注。

（2）根據(jù)地質條件和工程要求，本工程壩基固結灌漿采用自下而上分段灌漿法。引管灌漿部分采用全孔一次灌漿。

（3）灌漿孔深根據(jù)該壩段處基巖的工程地質、水文條件確定，在建基面處隨著高程降低逐漸加深，左右岸斷層處孔距加密。

3.4 灌漿分區(qū)

壩基灌漿分區(qū)如下：

（1）高程820 m到高程880.5 m壩基灌漿區(qū)采用無蓋重+引管有蓋重灌漿方式：無蓋重灌漿孔深為8.0 m，淺層引管灌漿孔深為2.0 m，固結灌漿布孔采用方格型，孔距為3.0 m×3.0 m。

（2）高程760 m到高程820 m壩基灌漿區(qū)采用無蓋重+引管有蓋重灌漿方式：無蓋重灌漿孔深為10.0 m，淺層引管灌漿孔深為2.0 m，布孔采用方格型，孔距為3.0 m×3.0 m。

（3）高程718 m到高程760 m壩基灌漿區(qū)（除去Jef4斷層處灌漿區(qū)）采用無蓋重+引管有蓋重灌漿方式：無蓋重灌漿孔深為15.0 m，淺層引管灌漿孔深為2.0 m，布孔采用方格型，孔距為3.0 m×3.0 m。

（4）左右岸Jef4巖脈處灌漿區(qū)采用巖石蓋重+引管有蓋重灌漿方式：巖石蓋重灌漿孔深為20.0 m，淺層引管灌漿孔深為2.0 m，孔距為1.5 m×1.5 m。

（5）718 m高程以下的壩基灌漿區(qū)采用巖石蓋重+引管有蓋重灌漿方式：巖石蓋重灌漿孔深為15.0 m，淺層引管灌漿孔深為2.0 m，孔距為3.0 m×3.0 m。

（6）上下游擴大灌漿區(qū)采用貼角混凝土或無蓋重灌漿，孔深8.0～15.0 m，孔距為3.0 m×3.0 m。

3.5 灌漿壓力

固結灌漿壓力根據(jù)地質條件、工程要求、施工條件，并結合現(xiàn)場生產(chǎn)性灌漿試驗確定，以確保灌漿質量和混凝土、巖面不發(fā)生有害抬動為原則。

無蓋重灌漿、引管灌漿灌漿壓力見表1、2。

表1 無蓋重固結灌漿參數(shù)設計表（孔深15.0 m）

表2 引管灌漿參數(shù)設計表

4 驗收標準

固結灌漿質量檢查，主要以聲波檢測為主，并結合鉆孔壓水試驗。本工程結合灌漿前物探成果、有關灌漿試驗資料，初步確定固結灌漿質量驗收標準。

4.1 巖體聲波試驗

檢查孔的數(shù)量不應少于灌漿孔總數(shù)的5%，驗收合格標準：

（1）固結灌漿后Ⅲ1級巖體聲波速度應大于5 000 m/s，小于4 500 m/s的測試段比例小于5%；Ⅲ2級巖體聲波速度應大于4 500 m/s，小于4 000 m/s的測試段比例小于5%。

（2）壩基Jef4巖脈固結灌漿后聲波速度應大于3 500 m/s，小于3 300 m/s的測試段比例小于5%，或波速提升值超過10%。

（3）灌后不合格段不應集中在局部區(qū)域，并應消除集中分布的低波速段。

4.2 壓水試驗

檢查孔的數(shù)量不應少于灌漿孔總數(shù)的5%。合格標準為：85%以上的試段透水率q≤3 Lu，其余試段的透水率不大于設計規(guī)定值的1.5倍，且分布不集中。

5 結語

（1）根據(jù)拱壩基巖地形地質條件，對壩基及上下游灌漿擴大區(qū)、斷層Jef4處進行有針對性的固結灌漿設計，在增加壩基淺部巖體的整體性，減少不均勻變形的同時，增強其防滲能力。

（2）為解決壩體混凝土澆筑與壩基固結灌漿施工突出矛盾，在壩基邊坡段范圍內(nèi)固結灌漿采用了無蓋重+引管有蓋重灌漿相結合的固結灌漿工藝。該工藝的采用解決了壩體澆筑與固結灌漿施工的矛盾，加快了施工進度。

（3）為提高河床壩段及Jef4巖脈固結灌漿質量，采用預留巖石保護層的有蓋重固結灌漿結合引管灌漿的方式，提升巖脈抗剪斷參數(shù)，對類似工程的固結灌漿設計提供一定的借鑒。