玄武巖地層有蓋重及裸巖無蓋重固結(jié)灌漿技術(shù)研究

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（貴州西能電力建設有限公司，貴陽550081）

1 工程概況

象鼻嶺水電站位于貴州省威寧縣和云南省會澤縣交界的牛欄江上，系牛欄江河流梯級規(guī)劃中的第三級水電站，其上游為大巖洞水電站，下游為小巖頭水電站。象鼻嶺水電站為Ⅱ等大（2）型工程，水庫正常蓄水位1 405m，總庫容2.63×108m3，電站裝機容量240MW，壩址多年平均流量128m3/s，多年平均徑流量4.051×109m3，多年平均輸沙量1.205×107t，多年平均發(fā)電量9.30×108kW·h，保證出力47.42MW。象鼻嶺水電站樞紐由雙曲碾壓混凝土拱壩、右岸引水系統(tǒng)、地下廠房組成。拱壩壩頂高程1 409.50m，最大壩高141.5m，為二級建筑物，壩頂長434.46m，壩頂寬8.00m，壩底厚35～38m，厚高比0.247。

2 大壩壩基固結(jié)灌漿技術(shù)調(diào)整

象鼻嶺水電站大壩壩基固結(jié)灌漿招投標階段為有蓋重固結(jié)灌漿。受移民征地等因素影響，大壩碾壓混凝土施工時段為2015 年4 月～2016 年年底（2015 年5 月25 日～2015 年11 月5 日基坑過流，大壩澆筑暫停），期間需完成大壩碾壓混凝土澆筑約6.5×106m3，澆筑高度141.5m。混凝土澆筑最高月強度1×105m3，最大月上升高度近17m。壩基固結(jié)灌漿施工將直接影響大壩澆筑進度目標的實現(xiàn)，為此，經(jīng)參建各方商議，并經(jīng)國內(nèi)知名灌漿專家咨詢后，對大壩壩基固結(jié)灌漿根據(jù)不同施工條件進行調(diào)整，具體情況見表1。

表1 大壩壩基有蓋重固結(jié)灌漿及裸巖無蓋重固結(jié)灌漿分布表

3 大壩壩基固結(jié)灌漿施工簡述

有蓋重固結(jié)灌漿施工工藝：混凝土等強→鉆孔→裂隙沖洗→壓水→自上而下分段灌漿→封孔→質(zhì)量檢查。

裸巖無蓋重固結(jié)灌漿施工工藝：鉆孔平臺搭設→鉆孔→裂隙沖洗→壓水（裸巖裂隙封堵等強）→自上而下分段灌漿→封孔→質(zhì)量檢查→引管安裝→蓋重混凝土等強→引管灌漿封閉【1，2】。

灌漿參數(shù)：有蓋重及無蓋重固結(jié)灌漿參數(shù)一致，灌漿水灰比為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 4 個比級，灌漿壓力按分排序進行，Ⅰ序排最大灌漿壓力為1MPa、Ⅱ序排最大灌漿壓力1.5MPa。壩基固結(jié)灌漿防滲標準q≤3Lu。

4 有蓋重固結(jié)灌漿及裸巖無蓋重固結(jié)灌漿應用成效分析

4.1 工程量調(diào)整

象鼻嶺水電站大壩壩基固結(jié)灌漿招投標階段為有蓋重固結(jié)灌漿，灌漿孔深為入巖8m、12m、15m 3 種，合同鉆孔（含混凝土）工程量分別為8 099m、7 956m、3 278m，合計鉆孔19 333m，固結(jié)灌漿15 659m。施工階段原設計為有蓋重固結(jié)灌漿，工程量為鉆孔（含混凝土）19 179m，固結(jié)灌漿13 390m，較合同工程量有所減少。

確定采取2 種技術(shù)進行壩基固結(jié)灌漿后，設計對其布置進行調(diào)整，調(diào)整后1 340m 高程以下帷幕線上游區(qū)域孔深（入巖）L=12m，f2、f3斷層區(qū)域孔深（入巖）L=15m，其余區(qū)域灌漿孔深（入巖）L=8m，灌漿孔間排距均為3m×3m，梅花型布置。

實際施工完成總工程量與原設計基本持平，其中灌漿孔數(shù)增加172 個，混凝土鉆孔減少1 904m，斷層處理帶15m 深孔鉆灌取消，固結(jié)灌漿工程量增加642m。調(diào)整后有蓋重固結(jié)灌漿工程量占比約1/3，裸巖無蓋重固結(jié)灌漿工程量占比約2/3。

4.2 灌漿單耗對比

大壩裸巖無蓋重固結(jié)灌漿試驗區(qū)布置在右壩肩Ⅳ類圍巖區(qū)，試驗孔36 個，灌漿288m，基巖平均單耗177.66kg/m，引管平均灌漿單耗22.18kg/m，平均單耗合計199.84kg/m；大壩有蓋重固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗布置在河床段，Ⅱ類、Ⅲ類圍巖，試驗孔40 個，灌漿400m，平均單耗136.67kg/m；由于地表滲漏及巖石類別原因，裸巖無蓋重試驗單耗比有蓋重試驗單耗大約46%（其中主要原因為地表滲漏，占比約為65%），基本符合灌漿規(guī)律。

大壩有蓋重固結(jié)灌漿孔470 個，灌漿4308m，主要集中于壩基河床段（Ⅱ類、Ⅲ類圍巖）及右壩肩墊座混凝土（Ⅳ類圍巖）區(qū)，受基巖滲水及冷卻水管破壞影響，平均單耗120.2kg/m；裸巖無蓋重固結(jié)灌漿孔995 個，灌漿9 036m，大部分處于壩肩兩岸坡Ⅱ類、Ⅲ類巖石區(qū)域，基巖平均單耗113.32kg/m，引管灌漿平均單耗3.64kg/m，平均單耗合計116.96kg/m，與有蓋重固結(jié)灌漿基本相當，符合灌漿規(guī)律。

4.3 施工工藝差異性

有蓋重固結(jié)灌漿利用大壩碾壓混凝土面為作業(yè)平臺，主要采用地質(zhì)鉆機鉆孔；裸巖無蓋重固結(jié)灌漿先于大壩碾壓混凝土施工，必須沿兩壩肩岸坡搭設鉆孔平臺，主要采用潛孔鉆鉆孔，需增加供風設備。

有蓋重固結(jié)灌漿與裸巖無蓋重固結(jié)灌漿均采用灌漿塞自上而下分段灌漿工藝。為避免或減少壩基表面裂隙滲漏，裸巖無蓋重固結(jié)灌漿需在灌漿前提前采用堵漏寶、速凝砂漿、水玻璃等速凝材料進行表面嵌堵，灌漿過程中需對地表滲漏點采取嵌堵、限流、限壓、摻加速凝劑、加砂等措施處理；裸巖無蓋重固結(jié)灌漿封孔時預留孔口段（0～1m）埋設灌漿管，按區(qū)域或高程分區(qū)設置水平和豎向止?jié){堤（坎），區(qū)內(nèi)所有灌漿管路連通并形成進回漿及排氣管路，待灌區(qū)蓋重混凝土高度達15m以上，壩體混凝土強度達到70%后進行灌注。該措施既增強孔口段灌漿效果，又兼具岸坡接觸灌漿作用，無須再另行施作大壩岸坡接觸灌漿。

4.4 灌漿效果檢查

4.4.1 灌后壓水檢查成果

有蓋重固結(jié)灌漿灌后壓水檢查最大透水率2.94Lu，最小透水率0.57Lu，平均透水率1.44Lu；裸巖無蓋重固結(jié)灌漿灌后壓水檢查最大透水率為2.97Lu，最小透水率0.08Lu，平均透水率1.71Lu。灌后壓水成果表明，2 種灌漿技術(shù)均滿足設計防滲要求。

4.4.2 第三方物探檢測成果

為檢驗大壩壩基固結(jié)灌漿效果，大壩壩基在灌前灌后均進行了第三方物探檢測。

河床段壩基灌前波速Vp最大值為6 900m/s，最小值為3 030m/s，平均值為4 522m/s。經(jīng)固結(jié)灌漿（有蓋重）后，Vp最大值為6 900m/s，最小值為3 450m/s，平均值為5 243m/s，Vp平均值提升15.9%。

左壩肩壩基灌前波速Vp最大值為6 450m/s，最小值為2 000m/s，平均值為4 454m/s。經(jīng)固結(jié)灌漿（大部裸巖無蓋重固結(jié)灌漿，少量有蓋重固結(jié)灌漿）后，Vp最大值為6 450m/s，最小值為3 510m/s，平均值為4 981m/s，Vp平均值提升11.8%。

右壩肩壩基灌前波速Vp最大值為6 450m/s，最小值為2 000m/s，平均值為4 412m/s。經(jīng)固結(jié)灌漿（大部裸巖無蓋重固結(jié)灌漿，少量有蓋重固結(jié)灌漿）后，Vp最大值為6 450m/s，最小值為2 820m/s，平均值為5 027m/s，Vp平均值提升13.9%。

波速最小值主要集中在夾層位置，淺表段0～3m 與深孔段3～8m 灌后檢測數(shù)據(jù)差異性不明顯，檢測數(shù)據(jù)說明灌漿效果均滿足設計要求。

4.5 對壩體質(zhì)量影響

4.5.1 冷卻水管影響

1 279m 高程以下河床段有蓋重固結(jié)灌漿鉆孔過程中破壞部分已澆筑混凝土冷卻水管，影響一期通水質(zhì)量的同時，致使中期及二期通水無法進行；裸巖無蓋重固結(jié)灌漿可避免對冷卻水管的破壞。

4.5.2 壩體溫度影響

有蓋重固結(jié)灌漿一般于碾壓混凝土澆筑完畢7d 后進行，壩體混凝土溫度尚處于上升發(fā)展期，由于灌漿漿液水化熱影響，與壩體溫升形成疊加效應；裸巖無蓋重固結(jié)灌漿僅引管灌漿時漿液水化熱對壩體混凝土有部分影響，由于漿液量有限，且進行引管灌漿時混凝土溫升已基本發(fā)展完畢，混凝土溫度處于下降期，故影響較小。

4.6 大壩壩基固結(jié)灌漿投資變化

大壩壩基固結(jié)灌漿合同投資約507 萬元（不計灌漿超耗），施工階段調(diào)整為有蓋重及裸巖無蓋重固結(jié)灌漿后，實際發(fā)生投資約477 萬元（不計灌漿超耗）。因采用無蓋重固結(jié)灌漿，優(yōu)化大壩岸坡接觸灌漿投資約90 萬元，合計減少直接投資約120 萬元，占合同內(nèi)壩基固結(jié)及接觸灌漿投資額20.1%。

5 結(jié)語

綜上所述，通過象鼻嶺水電站對2 種固結(jié)灌漿技術(shù)的應用成效進行對比分析可得，裸巖無蓋重固結(jié)灌漿可以從工期、壩體質(zhì)量影響、投資控制、發(fā)電效益等方面為水電站建設管理帶來極大好處，但其對于壩基整體性的提升效果仍然遜于有蓋重固結(jié)灌漿。為此，大壩壩基固結(jié)灌漿技術(shù)應根據(jù)實際情況選擇使用，確保壩基灌漿質(zhì)量及整體性提升效果。