水電站河床壩基固結(jié)灌漿效果分析

王國棉

【摘 要】本文以某水電站工程為例。結(jié)合該水電站工程的地理?xiàng)l件，對(duì)水電站河床壩基進(jìn)行灌漿處理，施工完畢之后，施工單位需從河床壩基的各種性能出發(fā)，通過建立三維地質(zhì)模型來全面分析河床壩基的質(zhì)量以及固結(jié)灌漿的效果。

【關(guān)鍵詞】水電站；河床壩基；固結(jié)灌漿；施工效果

0.引言

某水電站工程的壩型為雙曲拱壩，壩高達(dá)到285.5m，該水電站的功能是以發(fā)電為主、以防洪減澇為輔，并且還有改善下游航運(yùn)的功能。在本水電站工程當(dāng)中，河床壩基的固結(jié)灌漿鬼母相對(duì)較大，其主要涉及到左右兩岸7個(gè)壩段，壩段的搞成應(yīng)該在324.5～3287m之間，壩段沿河長為70m，橫向?qū)挾葹?30m，河床壩基固結(jié)灌漿的總面積達(dá)到9鉛平米。

在本水電站工程中，河床壩基的地勢(shì)相對(duì)較為平緩，將其開挖之后經(jīng)過測(cè)量，有厚為25～30m的上統(tǒng)峨眉山玄武巖，而下伏巖層中主要包括有玄武巖、泥頁巖以及石灰?guī)r等。其中在上統(tǒng)峨眉山玄武巖與玄武巖之間存在著層間錯(cuò)動(dòng)帶，其高程為290～300m，河床壩基上統(tǒng)峨眉山玄武巖層以Ⅲ1級(jí)巖體為主，少量Ⅱ級(jí)巖體，部分Ⅲ2級(jí)巖體；上統(tǒng)峨眉山玄武巖層以下巖層以Ⅱ級(jí)巖體為主。其中Ⅱ、Ⅲ1級(jí)巖體均滿足大壩建基要求，Ⅲ2級(jí)巖體約占15%，由錯(cuò)動(dòng)帶交匯或裂隙集中發(fā)育等構(gòu)造原因造成，一般不連續(xù)分布，隨機(jī)發(fā)育，需進(jìn)行處理。Ⅲ2級(jí)巖體、上統(tǒng)峨眉山玄武巖層內(nèi)隨機(jī)發(fā)育的錯(cuò)動(dòng)帶，以及因地應(yīng)力松弛和開挖爆破造成的松弛巖體為壩基固結(jié)灌漿的主要對(duì)象。

1.固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)方案以及質(zhì)量控制

1.1固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)方案

在該水電站工程當(dāng)中，施工人員在河床壩基中采用的是混凝土有蓋重固結(jié)灌漿方式進(jìn)行施工，其中在澆筑混凝土的過程中，要求每一次灌漿的壩段必須超過6m，每?jī)蓚€(gè)相鄰壩段之間灌漿因超過4m。灌漿完成之后，施工人員必須要求混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的50%，然后在對(duì)河床壩基進(jìn)行鉆孔灌漿。在鉆成孔的過程中，施工人員應(yīng)該將灌漿孔的孔距控制為1.5m×3.0m，并且要求灌漿孔成梅花形分布。其中在河床壩基上游部分，要求有1/3壩段的灌漿孔的深度為25m，而在下游部分要求有2/3壩段的灌漿孔深度達(dá)到30m，要求灌漿孔的直徑為Φ110mm。等到灌漿施工完畢之后，施工人員需要對(duì)其進(jìn)行全面檢查，了解其關(guān)注的效果，如果存在著沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壩段，那么施工人員需要采取有效的措施來對(duì)其進(jìn)行彌補(bǔ)，并且對(duì)其進(jìn)行重新檢查，如果存在少部分沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壩段，那么施工人員可以在廊道內(nèi)采取有效的措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿，以此來保證河床壩基的穩(wěn)定性。

1.2固結(jié)灌漿之后的質(zhì)量檢查

當(dāng)施工人員對(duì)河床壩基進(jìn)行灌漿施工之后，還需要采用聲波測(cè)試、鉆孔全景圖像等多種方法相結(jié)合的方式來對(duì)灌漿后的效果進(jìn)行檢查，另施工人員還需要通過各種試驗(yàn)與資料來對(duì)灌漿后的施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。通過檢查分析，在本水電站工程中，所檢查的灌漿孔的總數(shù)占到總灌漿孔總數(shù)的5%左右。為了對(duì)其進(jìn)一步檢查，施工人員還采用了其他先進(jìn)的設(shè)備來對(duì)灌漿孔進(jìn)行測(cè)定。

2.河床壩基固結(jié)灌漿的效果分析

在河床壩基灌漿完成之后，施工人員可以采用可行性研究以及灌漿的設(shè)計(jì)方案來對(duì)其進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在層間錯(cuò)動(dòng)帶上部的玄武巖主要是由Ⅲ1級(jí)巖體組成，在大壩設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)于玄武巖的變形模量是10GPa，另外，在工程的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師需要在高程為400m以下的位置開挖來對(duì)其地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)大壩作了合適的調(diào)整，其中河床壩基的Ⅲ1級(jí)巖體的變形模量應(yīng)該為9GPa。在河床壩基固結(jié)灌漿的效果分析過程中，施工人員需要從壩基的整體性、均衡性、變形特點(diǎn)以及抗?jié)B性等各角度出發(fā)，從而對(duì)其灌漿效果進(jìn)行合理的分析。

2.1河床壩基的整體剛度

（1）鉆孔的變模量。在對(duì)河床壩基整體性剛度分析的過程中，施工人員主要是通過灌漿孔的變形模量以及聲波速度來了解其灌漿的效果。在本水電站工程中，左岸至右岸的七個(gè)壩段之中，施工人員對(duì)其中47個(gè)灌漿孔進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，灌前23孔，灌后24孔。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知7個(gè)壩段灌后各壩段變形模量平均值均大于設(shè)計(jì)要求的9GPa，最大值為14.5GPa，最小值為9.7GPa；河床壩基整體變形模量灌后平均值為12.3GPa，滿足設(shè)計(jì)要求。從鉆孔變形模量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)河床壩基、各壩段巖體的整體剛度得到明顯提高，灌漿效果顯著，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

（2）E0-Vp相關(guān)關(guān)系。根據(jù)不同設(shè)計(jì)階段獲得的）E0、Vp數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到聲波與變形模量的相關(guān)關(guān)系如下：

E0=0.0867VP3.233（r=0.88） （1）

利用公式（1），可將河床壩基大量的鉆孔聲波數(shù)據(jù)、并考慮層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶的影響可以得到壩基巖體的綜合變形模量，進(jìn)行河床壩基的整體剛度分析。

7個(gè)壩段參與統(tǒng)計(jì)聲波的單孔或?qū)Υ┛坠?1組，覆蓋了整個(gè)河床壩基。從壩段平均波速計(jì)算變模值來看，最小值為13.2GPa，最大值為22.1GPa。

（3）壩基巖體綜合變模分析。河床壩基巖層為層狀巖體，無斷層發(fā)育，主要地質(zhì)構(gòu)造為層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶Lc，傾角平緩，帶寬一般3-5cm，少數(shù)10-20cm，局部交匯。若同時(shí)考慮河床壩基巖體與錯(cuò)動(dòng)帶的受力、變形，可按公式（2）計(jì)算其綜合變形模量。

E= （2）

式中E代表綜合變形模量；a1、a2分別為巖體和Lc所占的百分比；E1、E2分別為巖體和錯(cuò)動(dòng)帶Lc的變形模量計(jì)算采用值。

現(xiàn)根據(jù)公式（2）對(duì)整個(gè)河床壩基的綜合變形模量進(jìn)行敏感性計(jì)算、分析，成果，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)河床壩基灌后檢查孔聲波平均值為5402m/s，根據(jù)公式（1）得到河床壩基聲波計(jì)算變模值為20.2GPa，作為公式（2）中巖體變形模量E1的計(jì)算采用值。根據(jù)壩基巖體聲波測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶（k）固結(jié)灌漿前波速平均值多在2500-3300m/s，灌后平均波速多在3500-4200m/s，根據(jù)聲波變模轉(zhuǎn)換關(guān)系，變模值為5.0～9.0GPa，但實(shí)際上錯(cuò)動(dòng)帶（Lc）經(jīng)過灌漿處理后聲波值一般提高較大，變模值提高幅度較小，不能達(dá)到5.0-9.0GPa?？裳小⒄袠?biāo)階段對(duì)層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶（Lc）提出的變形模量建議值為2.0-3.0GPa，考慮到固結(jié)灌漿后錯(cuò)動(dòng)帶（Lc）的變模值有一定的提高，故計(jì)算采用值臣取上限3.0GPa。河床壩基以下30m范圍內(nèi)的P：13，層巖體中層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶（k）的厚度多在0.5一1.5m，所占百分比1.7%～5%。從表3的計(jì)算成果來看，當(dāng)河床壩基下部不發(fā)育錯(cuò)動(dòng)帶時(shí)，巖體的綜合變模為20.2GPa；當(dāng)錯(cuò)動(dòng)帶所占百分比為5%時(shí)，綜合變模為15.7GPa；即便考慮到錯(cuò)動(dòng)帶隨機(jī)發(fā)育、個(gè)別壩段下部可能發(fā)育數(shù)量較多厚度較大、平均厚度增加至3m、所占比例為10%時(shí)，綜合變模為12.8GPa，仍能滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2均一性

壩基巖體的均一性改善主要表現(xiàn)為緩傾角層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶物理力學(xué)性能的提高，減小不可恢復(fù)變形。在物探測(cè)試方面主要反映在固結(jié)灌漿前后鉆孔變模測(cè)試中小值的減小、波速小于4000m/s測(cè)試段所占比例的的減小和錯(cuò)動(dòng)帶聲波值的提高等方面。

2.3抗?jié)B性

固結(jié)灌漿后對(duì)河床壩基的透水性進(jìn)行了質(zhì)量檢查。壓水試驗(yàn)在各壩段灌漿結(jié)束7d后進(jìn)行，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，每5m為一個(gè)壓水試驗(yàn)段。經(jīng)過系統(tǒng)灌漿后，河床壩段壓水試驗(yàn)中未出現(xiàn)透水率大于4.5Lu的測(cè)試段，小于3Lu的試驗(yàn)段占總試驗(yàn)段的85%以上，整個(gè)河床壩基呈弱偏微透水層，有效提高了壩基的抗?jié)B性，一定程度上可對(duì)壩基帷幕灌漿起到輔助作用。

3.結(jié)束語

通過對(duì)某水電站河床壩基灌漿檢查資料的分析、計(jì)算，表明灌漿達(dá)到了預(yù)期效果，使壩基在整體剛度、均一性、抗?jié)B性等方面得到改善，能夠滿足拱壩建基要求。通過建立河床壩基灌漿效果三維分析模型，提高了地質(zhì)資料綜合分析和科學(xué)決策能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王法剛，程喜林，肖國強(qiáng).鉆孔彈模儀檢測(cè)壩基固結(jié)灌漿效果[J].礦山壓力與頂板管理，2005（03）.

[2]朱伯芳，李玥，張國新.滲流場(chǎng)中排水孔直徑、間距及深度對(duì)排水效果的影響[J].水利水電技術(shù)，2008（03）.