錦屏一級水電站壩基煌斑巖脈及f18斷層水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿效果綜合評價(jià)

舒建平，李小波，楊靜熙

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站壩基煌斑巖脈及f18斷層水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿效果綜合評價(jià)

舒建平，李小波，楊靜熙

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站拱壩右岸靠河床壩基發(fā)育一條寬3.0～5.0 m煌斑巖脈，斜穿建基面，上盤伴生f18斷層，寬0.3～0.5 m?；桶邘r脈及斷層帶內(nèi)組成物質(zhì)多弱～強(qiáng)風(fēng)化，較破碎，巖體強(qiáng)度低、抗變形能力較差，透水性較強(qiáng)、抗?jié)B透破壞能力差，成為壩基一個較大規(guī)模的地質(zhì)缺陷，必須采取可靠的處理措施，才能滿足高拱壩壩基強(qiáng)度、抗變形和滲透要求。通過水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿處理，煌斑巖脈及f18斷層巖體強(qiáng)度、變模等力學(xué)性能得到明顯提高，透水率顯著降低，大壩蓄水后監(jiān)測成果表明，壩基變形較小，高水頭作用下壩后未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿對煌斑巖脈及f18斷層處理效果明顯、可靠，灌后各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足了大壩及帷幕抗變形和滲透要求。

煌斑巖脈；f18斷層；地質(zhì)缺陷；復(fù)合灌漿；效果評價(jià)

0 前 言

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，雅礱江下游梯級龍頭水庫。壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高305 m，為世界第一高拱壩，壩頂高程1 885 m，水庫總庫容77.6億m3，裝機(jī)容量3 600 MW，年發(fā)電量約170億kW·h［1］。目前，大壩澆筑全部完成，首臺機(jī)組于2013年8月成功實(shí)現(xiàn)發(fā)電，電站運(yùn)行正常。

前期勘探預(yù)測、施工開挖揭示右岸河床壩基15～17號壩段高程1 605（壩趾）～1 583 m（壩踵），發(fā)育一條煌斑巖脈，斜穿建基面，上盤伴生f18斷層，見圖1。煌斑巖脈寬3.0～5.0 m，較破碎，以弱風(fēng)化為主，局部強(qiáng)風(fēng)化，巖體強(qiáng)度低，抗變形能力差；f18斷層寬0.3～0.5 m，主要由無膠結(jié)的片狀巖、碎裂巖組成，沿?cái)鄬用娣植?～50 mm厚的連續(xù)灰～灰綠色斷層泥。

圖1 f18斷層及煌斑巖脈在壩基出露位置示意

煌斑巖脈及f18斷層斜穿建基面，巖體較破碎，強(qiáng)度低，抗變形能力差，不能滿足高拱壩大壩變形要求，需要進(jìn)行專門處理。同時(shí)，煌斑巖脈及f18斷層貫穿建基面，與水庫連通，煌斑巖脈較破碎，透水性較強(qiáng)，遇水易軟化，f18斷層帶組成物質(zhì)破碎無膠結(jié)，且沿?cái)鄬用娣植?～50mm厚的連續(xù)斷層泥，水庫長期正常運(yùn)行在近300 m高水頭下，煌斑巖脈及f18斷層壩基可能發(fā)生滲透破壞，嚴(yán)重影響大壩安全運(yùn)行，需要進(jìn)行防滲的專門處理。鑒于煌斑巖脈及f18斷層的較大規(guī)模和較差的工程地質(zhì)性狀，必須采取可靠的工程處理措施，才能滿足高拱壩壩基強(qiáng)度、抗變形和滲透要求。針對其特征，設(shè)計(jì)和施工中采取在壩基混凝土置換處理、壩基以下加密水泥灌漿處理和水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理，最終處理效果基本滿足抗變形、抗?jié)B要求［2］。

錦屏一級水電站煌斑巖脈及f18斷層壩基較大規(guī)模的地質(zhì)缺陷，不能滿足高拱壩大壩抗變形和抗?jié)B透變形要求，針對地質(zhì)缺陷的工程地質(zhì)性狀特征，采用混凝土置換和水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理，達(dá)到了預(yù)期的處理效果，處理措施具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。本文介紹的水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿設(shè)計(jì)原理和處理效果，旨在為類似問題處理提供參考。

1 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿原理和設(shè)計(jì)

1.1 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿原理

水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿是在普通水泥灌漿與化學(xué)灌漿的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。它是先采用較細(xì)顆粒的水泥漿液充填灌漿對象中的較大孔隙，形成承載骨架，再采用溶液狀的化學(xué)漿液經(jīng)過長時(shí)間浸潤、滲透以及改性固化進(jìn)入灌漿對象中的微小裂隙，從而將普通水泥灌漿價(jià)格低、結(jié)石強(qiáng)度高和化學(xué)灌漿超強(qiáng)的可灌性優(yōu)點(diǎn)綜合利用，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的［4－5］。

1.2 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿設(shè)計(jì)

煌斑巖脈及f18斷層的水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿是在其壩基置換混凝土預(yù)留灌漿廊道內(nèi)進(jìn)行，灌漿孔垂直于廊道軸線共布置21環(huán)，每環(huán)6個孔，環(huán)間排距為2 m，環(huán)內(nèi)孔距為0.5 m。水泥灌漿采用細(xì)水泥漿液，化學(xué)灌漿材料采用環(huán)氧樹脂。灌漿前應(yīng)對環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑、固化劑、表面活性劑的品種及其用量進(jìn)行室內(nèi)研究。

當(dāng)灌前壓水試驗(yàn)透水率小于1.0 Lu，直接進(jìn)行化學(xué)灌漿；當(dāng)灌前壓水試驗(yàn)透水率大于1.0 Lu，先進(jìn)行細(xì)水泥灌漿，在滿足透水率小于1.0 Lu后，方可進(jìn)行化學(xué)灌漿。水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿可根據(jù)現(xiàn)場情況采用“自上而下分段鉆灌”或“一次成孔、自下而上分段灌漿”，水泥灌漿采用循環(huán)式灌漿，化學(xué)灌漿采用純壓式灌漿。環(huán)間和環(huán)內(nèi)均分為2序，灌漿分段及壓力見表1、2。

表1 水泥灌漿分段及灌漿壓力

表2 化學(xué)灌漿分段及灌漿壓力

水泥灌漿在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L／min，繼續(xù)灌注60 min，可結(jié)束灌漿?；瘜W(xué)灌漿在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，注入率不大于0.01 L／min后持續(xù)灌漿4 h，可結(jié)束灌漿，每段的灌漿時(shí)間不得小于24 h，待凝時(shí)間為36 h?；瘜W(xué)灌漿完成后，采用0.5∶1水泥濃漿自下而上分段進(jìn)行純壓式灌漿封孔。

2 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿檢測及效果綜合評價(jià)

煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿完成后，為檢查灌漿后效果，獲取灌漿后巖體強(qiáng)度、變形模量、透水性等指標(biāo)，開展了大量鉆孔全景成像、單孔聲波、鉆孔變形模量及壓水試驗(yàn)檢測工作，取得了大量檢測資料，并對檢測成果進(jìn)行了灌漿前后的對比分析，以評價(jià)復(fù)合灌漿效果。

2.1 鉆孔全景圖像對比分析評價(jià)

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿前后開展了鉆孔全景圖像檢測，由于圖像內(nèi)容較多，本文僅展示少量典型的煌斑巖脈及f18斷層灌漿前后鉆孔全景圖像進(jìn)行對比，見圖2。

通過圖2煌斑巖脈及f18斷層復(fù)合灌漿前后全景圖像對比分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）水泥灌前，脈體中裂隙發(fā)育，張開，見空縫，局部見孔壁掉塊呈空腔，巖體破碎；

（2）水泥灌后，脈體中的裂隙有明顯水泥結(jié)石充填，孔壁完整性略好，但脈體中仍有較多張裂隙，局部仍有塌孔現(xiàn)象；

（3）化學(xué)灌后，脈體及f18斷層影響帶中裂隙被漿材充填密實(shí)，細(xì)微裂隙也可見充填，脈體完整性較好，孔壁多完整、光滑；

（4）煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿對水泥和化學(xué)漿液的可灌性較好。

2.2 單孔聲波測試成果對比分析評價(jià)

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿前后進(jìn)行了1 261 m／38孔的單孔聲波檢測，其波速分段統(tǒng)計(jì)見表3。

根據(jù)復(fù)合灌漿前后波速分段統(tǒng)計(jì)表可得出如下結(jié)論：

（1）水泥灌前、水泥灌后、化學(xué)灌后，巖脈及斷層的單孔聲波平均值依次為4 822 m／s、5 064 m／s、5 257 m／s，呈現(xiàn)較明顯的提高趨勢，并且其中小于3 800 m／s低波速比例明顯減少，復(fù)合灌漿后波速平均值提高約10%；

（2）復(fù)合灌漿后巖脈及斷層的波速主要分布在5 000 m／s以上，表明復(fù)合灌漿對提高破碎巖脈、斷層破碎帶完整性、均一性的效果明顯。

2.3 鉆孔變形模量測試成果對比分析評價(jià)

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿后進(jìn)行了62點(diǎn)（分別在7個孔內(nèi)）鉆孔變形模量檢測，變形模量分段統(tǒng)計(jì)見表4。

根據(jù)復(fù)合灌漿前后鉆孔變形模量分段統(tǒng)計(jì)可得出如下結(jié)論：鉆孔變形模量水泥灌漿后主要分布在7～15 GPa，化學(xué)灌后主要分布在11 GPa以上，鉆孔變形模量平均值提高約10%，表明復(fù)合灌漿對煌斑巖脈及f18斷層抗變形能的提高效果明顯。

2.4 巖體透水率對比分析評價(jià)

對煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿前后進(jìn)行了1 261 m／38孔共219段的常規(guī)壓水試驗(yàn)，其透水率分段統(tǒng)計(jì)見表5。

圖2 煌斑巖脈及f18斷層水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿前后典型鉆孔全景圖像

表3 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿前后波速分段統(tǒng)計(jì)對比分析

表4 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿后鉆孔變形模量分段統(tǒng)計(jì)對比分析

表5 水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿前后壓水試驗(yàn)成果分段統(tǒng)計(jì)對比分析

根據(jù)復(fù)合灌漿前后壓水試驗(yàn)成果分段統(tǒng)計(jì)可得出如下結(jié)論：

（1）灌前透水率大部分q＝3～100 Lu，屬弱～中等透水；

（2）水泥灌漿后透水率基本小于1 Lu，少量1～3 Lu，屬微透水為主、極少量弱透水；

（3）化學(xué)灌漿后透水率99%小于0.5 Lu，屬微透水；

（4）水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿顯著提高了煌斑巖脈及f18斷層的完整性、緊密程度，大大降低了其透水性，滿足了壩基及帷幕的抗?jié)B要求。

3 結(jié)論與認(rèn)識

2012年11月錦屏一級水電站導(dǎo)流洞下閘水庫蓄水后的各項(xiàng)監(jiān)測成果顯示，壩基變形較小，高水頭作用下壩后未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，帷幕運(yùn)行正常，這些事實(shí)證明，錦屏一級水電站右岸河床壩基煌斑巖脈及f18斷層采取水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿處理效果明顯、可靠，滿足了大壩抗變形和滲透要求，對水泥—化學(xué)灌漿有以下幾點(diǎn)結(jié)論與認(rèn)識：

（1）通過對煌斑巖脈及f18斷層的水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿后，破碎巖體裂隙得到了有效充填，巖脈和斷層巖體單孔聲波達(dá)到5 257 m／s，小于3 800 m／s的低波速比例僅占0.74%，鉆孔變形模量平均值達(dá)到13.75 GPa，巖體透水率均小于0.5 Lu，屬微透水，全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，復(fù)合灌漿效果好。

（2）煌斑巖脈及f18斷層的水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿施工完成后，水庫蓄水至1 840 m高程，大壩帷幕運(yùn)行正常，監(jiān)測成果表明帷幕滲壓與滲流均處于規(guī)范和設(shè)計(jì)允許范圍，說明復(fù)合灌漿效果好，但其長期在300 m高水頭下的耐久性還有待時(shí)間的檢驗(yàn)，建議對煌斑巖脈及f18斷層繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，并定期進(jìn)行適當(dāng)檢測，查明復(fù)合灌漿后的煌斑巖脈及f18斷層在高水頭長期作用下的變化情況與趨勢，準(zhǔn)確評價(jià)對大壩及帷幕的影響。

（3）水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿效果受灌漿對象巖性和性狀的影響較大。通過對錦屏一級工程煌斑巖脈及f18斷層、f2斷層的水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿研究［5］發(fā)現(xiàn)，化學(xué)漿液具有較強(qiáng)的滲透能力，對0.01 mm以上的微小裂隙均能較好充填，因此對節(jié)理裂隙較為發(fā)育的巖體有較好的效果，而對節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖體填充和黏結(jié)效果較差。建議在類似水泥—化學(xué)復(fù)核灌漿前對灌漿對象的巖性和微觀細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行辨別，根據(jù)辨別結(jié)果采取適當(dāng)?shù)膹?fù)合灌漿工藝。

［1］ 國家電力公司成都勘測設(shè)計(jì)研究院.錦屏一級水電站可行性研究報(bào)告［R］.2003.

［2］ 中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院.錦屏一級水電站右岸壩基f18斷層及煌斑巖脈化學(xué)灌漿效果評價(jià)報(bào)告［R］.2012.

［3］ 葛家良.化學(xué)灌漿技術(shù)的發(fā)展和展望［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，（增2）：3384－3392.

［4］ 孫釗.大壩基巖灌漿［M］.北京：中國水利水電出版社，2004：2－5.

［5］ 郝明輝，黨玉輝，姚欣，等.水泥—化學(xué)復(fù)合灌漿在斷層補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用效果評價(jià)［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013（11）：2268－2274.

TV543

B

1003－9805（2015）02－0053－04

2014－08－22

舒建平（1961－），男，四川自貢人，高級工程師，從事水利水電工程地質(zhì)工作。