等殼電站破碎壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量分析
摘要：壩基節(jié)理裂隙發(fā)育，有數(shù)條層間擠壓破碎帶和節(jié)理密集帶，不能完全滿足近70米高的重力壩基礎(chǔ)，故需要通過固結(jié)灌漿提高壩基整體性及壩基強(qiáng)度。灌漿過程中遇到過很多問題，施工過程中除加強(qiáng)質(zhì)量控制外，還需要通過使用不同的檢測方法，對灌漿效果進(jìn)行綜合分析，才得得出正確質(zhì)量分析結(jié)論。
關(guān)鍵詞：壩基,固結(jié)灌漿,透水率,單位注入水泥量,縱波速度,灌漿質(zhì)量
電站概述
等殼電站系龍江—瑞麗江干流梯級開發(fā)中的第十一級電站，位于騰沖縣等殼村附近，采用壩后式開發(fā)，裝機(jī)總?cè)萘繛?20MW，水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1022.4m，壩長293m，最大壩高68.4m，庫容5324.2萬m3，共分13個(gè)壩段。該電站2008年開工，2011年發(fā)電。
1 壩基工程地質(zhì)條件簡介
壩址區(qū)處于區(qū)域?yàn)o水-龍陵-瑞麗深大斷裂與騰沖-梁河-盈江深大斷裂之間。壩址區(qū)構(gòu)造線以NW—SE走向?yàn)橹�。地層為下元古界高黎貢山�?Pz1g) 中～厚層狀片麻巖、中～薄層狀石英片巖夾少量薄層狀微晶片巖，巖層傾向下游偏左岸，傾角50º～80º。壩址區(qū)巖體混合變質(zhì)作用強(qiáng)烈，擠壓作用明顯，層間擠壓破碎帶及節(jié)理密集帶發(fā)育。破碎帶寬度一般0.1～0.8m，最寬為f5達(dá)2.7m;節(jié)理密集帶寬度一般3～6m，最寬12 m。共13個(gè)壩段，壩基巖體質(zhì)量較差，以BⅢ2類和AⅢ2類為主，其中河床段4、7～10五個(gè)壩段較好夾有AⅢ1類，右岸11、12壩段較差?yuàn)A有BⅣ1類。
2 壩基固結(jié)灌漿
2.1 固結(jié)灌漿目的
由于壩基巖體破碎，質(zhì)量較差，強(qiáng)度低，透水率大，故整個(gè)壩基需要進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿主要目的是提高巖石的整體性與均質(zhì)性，提高巖石的抗壓強(qiáng)度與彈性模量，減少巖石的變形與不均沉陷。
2.2 固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)
要求整個(gè)壩基全斷面固結(jié)灌漿。在1m厚的壩基墊層混凝土上灌漿，垂直開挖面布孔，孔徑96mm�？咨钜话氵M(jìn)入基巖8m，破碎帶10m，沿防滲帷幕線有一排加深到13m�？�、排距3m，梅花型布置。
固結(jié)灌漿方法采用自上而下分段灌漿，段長3～5m。灌漿分三序加密。灌漿前采用壓力水進(jìn)行沖洗，直至回水清凈時(shí)止。固結(jié)灌漿孔的壓水試驗(yàn)孔數(shù)不宜少于總孔數(shù)的5%，壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法，壓力為灌漿壓力的80%。灌漿壓力：混凝土與基巖接觸段為0.25～0.4MPa，第二段0.4～0.5MPa，第三段0.5～0.6MPa;在不引起壩基與灌漿混凝土蓋板抬動(dòng)的情況下采用較大值。固結(jié)灌漿原則確定水灰比為3：1、2：1、1：1、0.5：1共4個(gè)比級，開灌水灰比建議采用3：1。灌漿時(shí)應(yīng)觀測基礎(chǔ)蓋板抬動(dòng)情況，埋設(shè)必要的觀測裝置，如發(fā)現(xiàn)抬動(dòng)值大于200μm時(shí)立即降壓。
各灌漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：在設(shè)計(jì)規(guī)定壓力下，注入率不大于1L/min，延續(xù)灌注時(shí)間30min，灌漿可結(jié)束。固結(jié)灌漿孔可采用機(jī)械壓漿封孔法或壓力灌漿封孔法對灌漿孔進(jìn)行封孔。
灌漿質(zhì)量以檢查孔壓水試驗(yàn)，結(jié)合灌漿資料以及灌漿前后物探成果、鉆孔取心等檢測手段綜合分析平定。固結(jié)灌漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為q≤5lu。檢查孔按固結(jié)灌漿孔的5%抽查。混凝土與基巖接觸段的合格率100%，其它段的合格率80%以上。對壓水試驗(yàn)不合格孔段，要求在該部位增補(bǔ)灌漿孔，再檢查直至全部壓水試驗(yàn)合格。
2.3 固結(jié)灌漿施工
固結(jié)灌漿于2009年4月正式開始施工至2010年5月完工。首先在3#壩段做了生產(chǎn)性試驗(yàn)施工，共計(jì)145個(gè)孔，其中Ⅰ序35個(gè)孔，Ⅱ序37個(gè)孔，Ⅲ序73個(gè)孔。按設(shè)計(jì)灌漿壓力采用自上而下分段灌漿,8m孔分為3m、5m兩段，10m孔分為5m、5m兩段，13m孔分為3m、5m、5m三段。3#壩段檢查孔12個(gè)，壓水試驗(yàn)30段，各檢查孔壓水試驗(yàn)平均透水率q在1.65～3.52 Lu，最大透水率q=4.48lu，均小于5Lu，滿足設(shè)計(jì)要求，證明設(shè)計(jì)擬定的灌漿壓力及孔排距布置合理可行。
等殼電站固結(jié)灌漿施工按生產(chǎn)試驗(yàn)取得的實(shí)驗(yàn)參數(shù)實(shí)施，灌漿施工緊密結(jié)合混凝土澆筑分期分塊進(jìn)行。在壩基墊層混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)到50%之后，利用混凝土層間間歇期進(jìn)行施工。施工時(shí)先河床段后兩岸斜坡段;同一部位先進(jìn)行斷層和擠壓破碎帶的固結(jié)灌漿，再進(jìn)行其它部位基礎(chǔ)固結(jié)灌漿。按照先周邊后內(nèi)側(cè)、分序加密原則進(jìn)行。同次序孔中，先灌低高程孔，后灌高高程孔。灌漿前各灌漿段均采用壓力水進(jìn)行鉆孔沖洗，沖洗水壓力為灌漿壓力的80%，但不超過1.0MPa，直至孔口回水返清時(shí)為止。灌漿采用自上而下分段灌漿法進(jìn)行。按照分序加密原則進(jìn)行施工，先施工I序孔和周邊孔，再依次進(jìn)行Ⅱ序、Ⅲ序孔的施工。原則上一泵灌一孔，在相互串漿時(shí)，采用并聯(lián)灌漿(并聯(lián)孔數(shù)不多于3孔)。灌漿所用的漿液水灰比、壓力、變漿標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等均按照DL/T5148-2001規(guī)范執(zhí)行，固結(jié)灌漿漿液水灰比采用采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四個(gè)比級,開灌水灰比采用3:1。在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率小于1L/min，繼續(xù)灌注30min才結(jié)束。封孔漿液水灰比為0.5：1，壓力為該孔最大灌漿壓力，待漿液析水干縮后，再用水泥砂漿人工補(bǔ)充封孔，并將孔口抹平。灌漿結(jié)束后，按照監(jiān)理工程師的指示布置檢查孔進(jìn)行壓水檢查。
3 固結(jié)灌漿資料分析
3.1 透水率與單位注入水泥量分段統(tǒng)計(jì)
現(xiàn)以9#壩段為例，分序統(tǒng)計(jì)如下：9#壩段固結(jié)灌漿孔132個(gè)，灌漿269段，灌漿段總長1224.4m，全部孔段在灌漿前均做了簡易壓水。平均透水率q=47.14lu，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次平均透水率遞減比例為64.78∶45.98∶33.18=1∶0.71∶0.52。共注入水泥523634.59kg，平均單位注入量427.67kg/m;其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次平均注入水泥量遞減比例為811.54∶475.87∶214.92=1∶0.59∶0.26。透水率和單位注入量。
3.2 通過透水率與單位注入量分析灌漿質(zhì)量
由表1得出以下認(rèn)識：
(1)透水率分段統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，Ⅲ序孔的透水率與Ⅰ、Ⅱ序孔比較總體減小了。如大于100lu的灌段沒有了，但也沒有出現(xiàn)小于10lu的灌段，透水率仍然偏大。其次三個(gè)序次的透水率分段頻率最高均分布在20～50lu之間，同屬一個(gè)量級，灌漿效果不理想。
(2)單位注入量分段統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，三個(gè)序次的單位注入量遞減比較明顯：①單位注入量C<100kg/m的灌漿段Ⅰ序孔5段，占7.5%;Ⅱ序孔7段，占10%;Ⅲ序孔36段，占26.7%。②Ⅰ序孔大多數(shù)灌段的C值在500～2000kg/m之間，占76%;Ⅱ序孔大多數(shù)C值在200～1000kg/m之間，占75%;到Ⅲ序孔大多數(shù)C值降低到100～500kg/m之間，占66.7%。③Ⅲ序孔的單位注入量均值比Ⅰ序孔減小了73.5%，較Ⅱ序孔降低了54.8%，灌漿效果較好。
(3)由透水率分析的灌漿效果與單位注入量分析的灌漿效果似乎有明顯的差異，其實(shí)并不矛盾。進(jìn)一步分析會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)固結(jié)灌漿孔周邊都有6個(gè)固結(jié)灌漿孔組成圓形(每個(gè)孔間距均在3m左右)，暫且把周邊的6個(gè)孔理解為北西、北東、東、南東、南西、西6個(gè)方向。
Ⅰ序孔灌漿的時(shí)候3米范圍內(nèi)有5個(gè)或6個(gè)方向都沒有灌漿，所以單位注入水泥量最大;Ⅱ序孔灌漿的時(shí)候有2個(gè)或3 個(gè)方向已經(jīng)灌漿封堵了，還有3個(gè)或4個(gè)方向沒有封堵，所以單位注入水泥量明顯減少;Ⅲ序孔灌漿的時(shí)候4個(gè)或5 個(gè)已經(jīng)灌漿封堵了，僅有1個(gè)或2個(gè)方向沒有封堵，所以單位注入水泥量最少。而Ⅰ序孔灌漿前壓水的時(shí)候3米范圍內(nèi)有6個(gè)方向都沒有被水泥漿封閉，Ⅱ序孔灌漿前壓水有4個(gè)方向沒有封閉，Ⅲ序孔灌漿前壓水還有2個(gè)方向沒有封閉。對于水這種“細(xì)小顆粒組成的”液體來講，滲透性相當(dāng)好，不用說還有2方向，即便只有1個(gè)方向的通道(每個(gè)方向的過水面積也遠(yuǎn)大于鉆孔圓柱體面積)對于這種破碎巖體也能很好的滲水，故Ⅲ序孔灌漿前透水率沒有明顯減少，只有當(dāng)Ⅲ序孔灌漿完畢，周邊6個(gè)方向都封閉好透水率才會(huì)顯著減少，這在固結(jié)灌漿結(jié)束后的7個(gè)檢查孔透水率(q≤5lu)得到了證實(shí)。
由于固結(jié)灌漿7個(gè)檢查孔透水率均小于或等于5lu，僅以檢查孔壓水試驗(yàn)的透水率指標(biāo)來看，9#壩段灌漿質(zhì)量等級為優(yōu)良;其余壩段與9#壩段基本一致，灌漿質(zhì)量等級為優(yōu)良。由檢查孔透水率指標(biāo)來看，整個(gè)壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量等級總體評定為優(yōu)良。
3.3 聲波測試分析灌漿質(zhì)量
備注：灌漿前、后的聲波測試結(jié)果是在同一地點(diǎn)作聲波測試得出的結(jié)果。
由此可知：①1、2、3壩段的平均波速由3060提高到3080，提高了20點(diǎn);>3500的測點(diǎn)數(shù)占比由21.5%提高到29.1%，提高了7.6%。②4、5、6壩段(未包括5、6壩段破碎帶或節(jié)理密集帶)平均波速由3685提高到3700，提高了15點(diǎn);>3500的測點(diǎn)數(shù)占比由48.0%提高到50.8%，提高了2.8%。③5、6壩段破碎帶或節(jié)理密集帶的平均波速由3050提高到3330，提高了280點(diǎn);>3500的測點(diǎn)數(shù)占比由21.6%提高到40.0%，提高了18.4%。④7、8、9、10壩段的平均波速由3880提高到4070，提高了190點(diǎn);>3500的測點(diǎn)數(shù)占比由74.8%提高到76.6%，提高了1.8%。⑤11、12、13壩段的平均波速由2730提高到3130，提高了400點(diǎn);>3500的測點(diǎn)數(shù)占比由15.9%提高到31.6%，提高了15.7%。由上面的數(shù)據(jù)可知，固結(jié)灌漿后壩基巖體的波速有了明顯的提高，但在不同的壩段(或壩區(qū))由于巖體的風(fēng)化程度、完整程度、裂隙開口大小等不一樣，提高的程度又不一樣：5、6壩段破碎帶和11、12、13壩段提高最為顯著，灌漿質(zhì)量等級為優(yōu)良;1、2、3壩段和7、8、9、10壩段有明顯的提高，灌漿質(zhì)量等級為優(yōu)良;4、5、6壩段提高的幅度相對較小，灌漿質(zhì)量等級為合格。固結(jié)灌漿效果檢查，從巖石力學(xué)性能的改善程度來看，只能評定為合格，故整個(gè)壩基灌漿質(zhì)量等級總體評定為合格。
3.4 灌前和灌后鉆孔取芯分析灌漿質(zhì)量
根據(jù)33個(gè)檢查孔鉆孔取心比較，巖芯RQD一般在30～40%，僅比灌漿前提高1～2百分點(diǎn)，提高幅度不大。在取出的灌后柱狀巖芯內(nèi)僅有10%左右的巖芯能夠見到灌漿水泥脈，水泥脈寬一般1～3mm，最寬達(dá)30mm。由于灌漿后巖芯RQD沒有顯著提高，故整個(gè)壩基灌漿質(zhì)量總體評定為合格。
3.5 綜合分析評定灌漿質(zhì)量
根據(jù)壓水試驗(yàn)檢測透水率指標(biāo)，整個(gè)壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量等級評定為優(yōu)良，根據(jù)聲波測試結(jié)果，整個(gè)壩基灌漿質(zhì)量等級評定為合格。根據(jù)鉆孔取心比較，由于灌漿后巖芯RQD沒有顯著提高，故整個(gè)壩基灌漿質(zhì)量評定為合格。綜上所述，應(yīng)用三種質(zhì)量檢測，整個(gè)壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量綜合總體評定為合格。
4 結(jié)束語
由于壩基節(jié)理裂隙發(fā)育，既有軟弱夾層，又有次級小斷層及數(shù)條層間擠壓破碎帶(或節(jié)理密集帶)，不能完全滿足60余米高的重力壩基礎(chǔ)，除應(yīng)采取深挖清除、錨筋樁等工程措施處理，回填與底板同標(biāo)號混凝土(C20)的型式，即混凝土塞進(jìn)行處理外，最主要的是通過固結(jié)灌漿提高地基整體性及壩基強(qiáng)度。灌漿過程中遇到過很多問題，有的資料甚至?xí)嗷ッ�，所以除加�?qiáng)施工過程中質(zhì)量控制外，還需要通過使用不同的檢測方法，對灌漿效果進(jìn)行綜合分析，出正確質(zhì)量評定結(jié)論，才能決定水庫是否能夠進(jìn)行安全蓄水。
參考文獻(xiàn)：
(1)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》，DL/T5148-2001。
(2)孫釗，《大壩基巖灌漿》，中國水利水電出版社。
(3)趙仕杰、蘇衛(wèi)強(qiáng)，《固結(jié)灌漿施工技術(shù)要求》，2009。
