西南某水電站抗力體煌斑巖脈復(fù)合灌漿試驗(yàn)研究

李小波，孫云

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 概述

西南某水電站壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高305 m，裝機(jī)容量360萬kW。該水電站工程規(guī)模大，混凝土雙曲拱壩對(duì)兩岸抗力體巖體質(zhì)量要求較高，但其左岸壩肩抗力體中發(fā)育煌斑巖脈、f5斷層等軟弱結(jié)構(gòu)面，巖脈厚度一般為2～4 m，局部達(dá)5 m，煌斑巖脈普遍呈弱～強(qiáng)風(fēng)化，工程地質(zhì)性狀差，為軟弱巖帶，對(duì)拱壩變形穩(wěn)定極為不利。為確保大壩的安全運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行工程處理。

2 煌斑巖脈的工程地質(zhì)特征

試驗(yàn)區(qū)揭示煌斑巖脈總體特征:產(chǎn)狀N60°～70°E，SE∠70°～80°，上盤面起伏，下盤面較平順，脈體寬2～2.5 m，脈體內(nèi)同向裂隙發(fā)育，煌斑巖呈弱～強(qiáng)風(fēng)化，以碎裂結(jié)構(gòu)為主。兩側(cè)為斷層接觸，上盤斷層帶寬20～50 cm，局部寬70～90 cm，由碎裂巖組成，松弛，見10～20 cm 糜棱角礫巖條帶，下盤斷層帶寬5～10 cm，主要由糜棱角礫巖條帶組成。

3 水泥化學(xué)復(fù)合灌漿可灌性分析

3.1 水泥漿材可灌性分析

首先對(duì)煌斑巖脈進(jìn)行了水泥漿材灌漿，各序孔單位注灰量及頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。Ⅰ序孔單位注灰量(CⅠ)為617 kg/m，Ⅱ序孔(CⅡ)為176 kg/m，Ⅲ序孔(CⅢ)為138 kg/m，即CⅠ＞CⅡ＞CⅢ;單位注灰量≤100 kg/m 的頻率，隨灌序的增進(jìn)而遞增，遞增量明顯，Ⅰ序孔≤100 kg/m 的頻率(MⅠ)為14%，Ⅱ序孔(MⅡ)為48%，Ⅲ序孔(MⅢ)為61%，即MⅠ＜MⅡ＜MⅢ。

由此可見，各序孔單位注灰量隨灌序的增進(jìn)而遞減明顯，單位注灰量≤100 kg/m 的頻率隨灌序的增進(jìn)而遞增，且遞增較明顯。試驗(yàn)表明:煌斑巖水泥漿材可灌性強(qiáng)。

表1 巖體單位注入量及頻率統(tǒng)計(jì)表

3.2 化學(xué)漿液可灌性分析

在采用水泥漿材灌漿的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了化學(xué)漿液灌漿，各序孔單位注漿量及頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。Ⅰ序孔單位注漿量(CHⅠ)為123 L/m，Ⅱ序孔(CHⅡ)為40L/m，即CHⅠ＞CHⅡ;單位注漿量≤50 L/m 的頻率，Ⅰ序孔(MHⅠ)為21%，Ⅱ序孔(MHⅡ)為40%，即MHⅠ＜MHⅡ。

由此可見，各序孔單位注漿量隨灌序的增進(jìn)而遞減較明顯，單位注漿量≤50 L/m 的頻率隨灌序的增進(jìn)而遞增，且遞增較明顯。試驗(yàn)表明:煌斑巖化學(xué)灌漿可灌性強(qiáng)。

表2 巖體單位注漿量及頻率統(tǒng)計(jì)表

4 復(fù)合灌漿效果分析

為檢查灌漿效果，獲取灌漿后的巖體強(qiáng)度、變形模量、完整性、透水性等指標(biāo)，進(jìn)行了壓水試驗(yàn)、單孔聲波測(cè)試、孔內(nèi)變形模量、室內(nèi)巖石強(qiáng)度試驗(yàn)。

4.1 巖體透水性

對(duì)煌斑巖脈復(fù)合灌漿前后進(jìn)行了常規(guī)壓水試驗(yàn)，其透水率分段統(tǒng)計(jì)情況見表3。

表3 復(fù)合灌漿前后透水率分段統(tǒng)計(jì)表

從復(fù)合灌漿透水率分段統(tǒng)計(jì)表可以得出以下結(jié)論:①灌前透水率部分q=30～100 Lu，部分大于100 Lu，屬中等～強(qiáng)透水;②水泥灌后透水率多小于1 Lu，少量為1～3 Lu，屬微～弱透水;③化學(xué)灌漿后透水率均小于1 Lu，屬微透水;④復(fù)合灌漿顯著改善了煌斑巖的滲透性，提高了巖體抗?jié)B能力。

4.2 聲波檢測(cè)

對(duì)煌斑巖脈復(fù)合灌漿前后進(jìn)行了單孔聲波測(cè)試，其聲波波速分段統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表4 復(fù)合灌漿前后聲波波速分段統(tǒng)計(jì)表

從復(fù)合灌漿聲波波速分段統(tǒng)計(jì)表可以得出以下結(jié)論:①水泥灌漿前后聲波波速平均值變化較小，由灌前的3172 m/s 提高到3388 m/s，提高幅度僅7%，可見水泥灌漿對(duì)煌斑巖脈聲波提高較小;②化灌后聲波波速平均值變化較大，由灌前的3388 m/s 提高到4353 m/s，提高幅度達(dá)28%，聲波波速主要集中在3500～5000 m/s，局部高達(dá)5000 m/s 以上;③復(fù)合灌漿對(duì)提高破碎、風(fēng)化較強(qiáng)的煌斑巖完整性、均一性效果明顯。

4.3 孔內(nèi)變形模量

煌斑巖脈復(fù)合灌漿前后進(jìn)行了孔內(nèi)變形模量測(cè)試，變形模量分段統(tǒng)計(jì)情況見表5。

表5 復(fù)合灌漿前后孔內(nèi)變形模量分段統(tǒng)計(jì)表

從復(fù)合灌漿前后孔內(nèi)變形模量分段統(tǒng)計(jì)表可以得出以下結(jié)論:①煌斑巖脈水泥灌漿后孔內(nèi)變形模量提高幅度較大，由灌前的0.72 GPa 提高到1.44 GPa，提高幅度為100%，表明經(jīng)水泥灌漿后，煌斑巖及周邊巖體裂隙得到了水泥漿的有效充填，煌斑巖的抗變形能力增強(qiáng)較大，但量值仍然較小;②化學(xué)灌漿后，孔內(nèi)變形模量平均值變化較大，由灌前的1.44 GPa 提高到3.26 GPa，提高近1.3倍，表明復(fù)合灌漿提高弱～強(qiáng)風(fēng)化煌斑巖脈的抗變形能力效果顯著。

4.4 巖石抗剪強(qiáng)度

對(duì)復(fù)合灌漿后的煌斑巖脈進(jìn)行了室內(nèi)直剪試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見表6。

表6 復(fù)合灌漿后巖石直剪試驗(yàn)成果表

通過對(duì)弱～強(qiáng)風(fēng)化煌斑脈巖進(jìn)行復(fù)合灌漿，灌后巖體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較高。

5 結(jié)語

通過對(duì)煌斑巖脈實(shí)施復(fù)合灌漿試驗(yàn)，并對(duì)灌漿前后的檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析對(duì)比，得出以下結(jié)論:

(1)復(fù)合灌漿可使破碎、風(fēng)化較強(qiáng)的煌斑巖脈得到充分的灌注，具有較強(qiáng)的可灌性。灌前煌斑巖透水性屬中等～強(qiáng)透水，灌后透水率均小于1 Lu，屬微透水，復(fù)合灌漿顯著改善了煌斑巖脈的滲透性，提高了巖體抗?jié)B能力。

(2)灌漿前聲波波速平均值為3172 m/s，灌后達(dá)到4353 m/s，提高幅度達(dá)37%，聲波波速主要集中在3500～5000 m/s，局部高達(dá)5000 m/s以上，復(fù)合灌漿對(duì)提高破碎、風(fēng)化較強(qiáng)的煌斑脈巖完整性、均一性效果明顯。

(3)孔內(nèi)變形模量平均值由灌前的0.72 GPa提高到3.26 GPa，提高幅度達(dá)3.5倍，表明復(fù)合灌漿提高弱～強(qiáng)風(fēng)化煌斑巖脈的抗變形能力效果顯著。

(4)復(fù)合灌漿后煌斑巖脈的抗剪斷強(qiáng)度F'=0.97 MPa，c'=3.35 MPa，抗剪強(qiáng)度f=0.91 MPa，c=3.03 MPa。

復(fù)合灌漿試驗(yàn)結(jié)果表明:弱～強(qiáng)風(fēng)化煌斑巖脈軟弱巖帶巖體物理力學(xué)性能得到了顯著的提高和改善，復(fù)合灌漿可作為西南某水電站壩肩抗力體煌斑巖脈軟弱巖帶的有效處理措施。

［1］孫釗.大壩基巖灌漿［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.