化學(xué)灌漿對輝綠巖脈的加固效果

華勤建

化學(xué)灌漿對輝綠巖脈的加固效果

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杭州華能大壩安全工程技術(shù)有限公司

引言

大崗山電站位于四川省雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)，是大渡河中游上段的第14梯級電站。文章以大崗山水電站修建過程中實(shí)施的AGL1化學(xué)灌漿工程為例論述化學(xué)灌漿對輝綠巖脈的加固效果。

制定大崗山水電站AGL1化學(xué)灌漿方案

大崗山水電站位于四川省雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)，是大渡河中游上段的第14梯級電站，于2014年8月全部完工，僅次于瀑布溝水電站，與長河壩水電站齊名。大崗山工程區(qū)處于川滇南北向構(gòu)造帶北段，與北東向、北西向等構(gòu)造帶交匯復(fù)合，地震地質(zhì)背景頗為復(fù)雜，壩址區(qū)西側(cè)4km處，有大渡河斷裂經(jīng)過，而4.5km處，又有磨西斷裂經(jīng)過，地帶構(gòu)造極不穩(wěn)定，地震基本烈度是Ⅷ度。場地基巖分布較為復(fù)雜，主要是澄江期微紅色及灰白色中粒黑云二長花崗巖，又間雜多種巖脈，如花崗細(xì)晶巖脈、輝綠巖脈和閃長巖脈等，但以輝綠巖脈為多，形成了陡傾角，在氣液交代變質(zhì)作用下，巖體發(fā)生嚴(yán)重蝕變現(xiàn)象。加之河床受承壓熱水的作用，更增加了工程場地地質(zhì)條件的復(fù)雜程度。大崗山水電站左岸940灌漿平洞長155.43m，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，灌漿孔呈雙排三角形排列，孔距為2.0m，排距為1.5m，并將灌漿孔分為五個(gè)單元，使用普通水泥和超細(xì)水泥做灌漿處理，但灌漿效果不盡理想。為此，我單位根據(jù)《大渡河大崗山水電站帷幕灌漿科研試驗(yàn)成果評審及相關(guān)技術(shù)問題咨詢意見》制定了AGL1化學(xué)灌溉方案。鑒于工程場地左右岸940有較厚的輝綠巖脈，在完成兩排水泥灌漿孔后，再于中間增加一排灌漿孔，運(yùn)用PSI-501與PSI-530漿材進(jìn)行化學(xué)灌漿。

大崗山水電站AGL1化學(xué)灌溉工程施工概況

在大崗山水電站AGL1化學(xué)灌溉工程中，每個(gè)單元設(shè)置一排化學(xué)灌漿孔，孔距2.0m，平均孔深不宜小于100.0m，整個(gè)工程共分為5個(gè)單元，共有75個(gè)灌漿孔。自2013年11月中旬起，我單位組織工程人員及機(jī)械設(shè)備進(jìn)場，2014年3月進(jìn)場設(shè)置到位，于該月上旬提前進(jìn)入施工階段，灌漿工藝上使用ф56mm鉆進(jìn)行鉆孔單次全孔成型，通過自下而上分段卡塞純壓式頂漿排水的方式實(shí)施化學(xué)灌漿，接觸段灌漿長度是2.0m，第二段灌漿長度是3.0m，以下各段灌漿長度結(jié)合場地巖脈情況而定，其中花崗巖層灌漿長度是10.0m，輝綠巖層的灌漿長度是5.0m。射漿管一般被安置于距離灌漿孔低于0.3m的地方，灌漿壓力需處于0.8～3.0Mpa范圍內(nèi)，注入率處于0.05L/min.m～0.1L/min.m范圍內(nèi)。AGL1化學(xué)灌溉工程采用了PSI-501和PSI-530兩種漿材，當(dāng)注入的PSI-501化學(xué)漿液達(dá)到80L/m時(shí)，進(jìn)而改用粘度增加更快的PSI-530化學(xué)漿液，按照這種方式進(jìn)行逐級變漿灌注。大崗山水電站AGL1化學(xué)灌溉工程實(shí)施灌漿施工120d，待凝28d，檢查孔施工20d，于2014年8月20日完成所有工作。

探究化學(xué)灌漿對于輝綠巖脈的加固效果

對于大崗山水電站AGL1化學(xué)灌溉工程，為了測試化學(xué)灌漿對輝綠巖脈的加固效果，綜合采用了多種測試方法，主要涉及如下三個(gè)方面。

彈性波檢測方面

巖體彈性波對巖體結(jié)構(gòu)面與裂隙發(fā)育程度均有所反映，相關(guān)檢測表明，實(shí)施灌漿施工前，場地輝綠巖脈段單孔聲波值為3656m/s，實(shí)施水泥灌漿后單孔聲波值增加為4843m/s，有效提高了巖體密實(shí)度，但花崗巖層段實(shí)施水泥灌漿后的單孔聲波值高達(dá)5165m/s，明顯高于輝綠巖脈灌漿后的單孔聲波數(shù)據(jù)，有效充填并壓密花崗巖層的有利結(jié)構(gòu)面，為化學(xué)灌漿時(shí)漿液有效注入輝綠巖脈創(chuàng)造了便利條件，經(jīng)由化學(xué)灌漿后，花崗巖脈段的單孔聲波值變?yōu)?184m/s，輝綠巖脈段的單孔聲波值變?yōu)?153m/s，兩類巖脈的聲波值相差不大，極大地改善了灌漿場地巖體的均一性。

表1 巖體彈性測試結(jié)果

磨片鑒定方面

磨片鑒定可用來論證化學(xué)灌溉對輝綠巖脈所產(chǎn)生加固效果的可靠性，分別取得水泥灌漿和化學(xué)灌漿試樣，對兩者予以磨片鑒定，鑒定成果表明如下幾點(diǎn)：一是實(shí)施水泥灌漿的多個(gè)試樣中均可見到水泥結(jié)石，但水泥結(jié)石含量較少，水泥結(jié)石黏附程度不高，導(dǎo)致切片取樣時(shí)水泥結(jié)石被磨掉，而化學(xué)灌溉工藝運(yùn)用的環(huán)氧膠具有優(yōu)質(zhì)膠結(jié)性能，使得化學(xué)灌溉后所取試樣都形成了環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂和裂隙面以及裂隙填充物形成了結(jié)實(shí)的膠結(jié)結(jié)構(gòu)；二是即便是在水泥灌漿的基礎(chǔ)上實(shí)施化學(xué)灌漿，仍可看見環(huán)氧漿液沿著輝綠巖脈的裂隙進(jìn)行填充，形成了網(wǎng)狀和樹枝狀的裂隙填充效果，即便是已有填充物的裂隙，如綠泥石脈，仍能形成良好的填充效果，如所取化學(xué)灌漿試樣中，填充裂隙寬度范圍是0.05～2.00mm，實(shí)施化學(xué)灌漿工藝后，運(yùn)用偏光顯微鏡觀察可知，諸如0.01mm寬度的細(xì)微裂隙也已然被填充好，并具有良好的膠結(jié)性能。

圖1 環(huán)氧樹脂網(wǎng)狀填充細(xì)微裂隙

圖2 環(huán)氧樹脂樹枝狀填充細(xì)微裂隙

室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)方面

室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)伴隨著AGL1化學(xué)灌漿工程的各階段結(jié)束后而落實(shí)，取巖芯試樣實(shí)施室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，同樣是輝綠巖脈，實(shí)施水泥灌漿后的抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)c為26.62MPa，f為1.07；實(shí)施化學(xué)灌漿后的抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)c為23.89～28.54MPa，f為2.10～2.25。將兩項(xiàng)灌漿強(qiáng)度參數(shù)對比可知，實(shí)施復(fù)合灌漿工藝后的輝綠巖脈具有更強(qiáng)的抗剪斷性。

鉆孔變形模量方面

使用鉆孔彈（變）模儀能夠測出鉆孔變形模量，這是一種小范圍內(nèi)的巖體參數(shù)，儀器測量結(jié)果一般與現(xiàn)場變形結(jié)果存在差距。受各孔線測線處巖性和巖體質(zhì)量的影響，灌漿階段獲取的測變形模量往往具有離散性，一般而言，實(shí)施復(fù)合灌漿工藝所獲取的變形模量值更高，但離散程度卻較小。在AGL1化學(xué)灌漿工程中，實(shí)施化學(xué)灌漿后，花崗巖脈和輝綠巖脈的變形模量均有明顯提高，如輝綠巖脈的變形模量為11.2～11.3GPa，約為灌漿工藝實(shí)施前的1.17倍。試驗(yàn)表明，實(shí)施化學(xué)灌漿后巖體的整體性大幅提高，變形模量未超過8GPa，輝綠巖脈力學(xué)指標(biāo)符合壩基建設(shè)的要求。

結(jié)語

大崗山水電站AGL1化學(xué)灌漿工程場地是微細(xì)裂隙發(fā)達(dá)的輝綠巖脈，在實(shí)施高壓水泥灌漿后再實(shí)施化學(xué)灌漿，取得了極為良好的加固效果。首先是化學(xué)灌漿成功實(shí)現(xiàn)了對裂隙開度相差較大的輝綠巖脈的灌注，連續(xù)而完整地改善了巖體；其次是對于輝綠巖脈的灌漿處理，基于水泥灌漿的基礎(chǔ)上再實(shí)施化學(xué)灌漿更經(jīng)濟(jì)有效；最后是化學(xué)灌漿對于輝綠巖脈具有明顯的加固效果，巖體傳遞應(yīng)力增強(qiáng)，巖體整體剛度增大，巖體微細(xì)裂隙填充膠結(jié)性能良好，端部應(yīng)力集中降低或消除，在巖體裂隙擴(kuò)展時(shí)，巖體屈服極限增大，強(qiáng)度大為提高。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.061