杨房沟水电站坝基固结灌浆现场试验

(中国水利水电第七工程局成都水电建设有限公司，成都，610213)

2017年5月，中国水电七局·华东院雅砻江杨房沟水电站设计施工总承包项目部(以下简称“总承包部”)开展雅砻江杨房沟水电站拱坝基础固结灌浆试验研究工作。为了优质、安全地按计划完成此次固结灌浆试验研究工作，总承包部编制了《杨房沟水电站拱坝基础固结灌浆施工技术要求》、《杨房沟水电站拱坝基础固结灌浆试验大纲》，并开展了坝基固结灌浆现场试验。

1 坝区基本地质条件

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段，混凝土双曲拱坝最大坝高155m，水库总库容5.125亿m3，装机容量1500MW。

坝区基岩主要为花岗闪长岩，深灰～浅灰色，花岗结构为主。坝基范围无大规模的断层发育，仅发育有断层f2、f24、f33、f48、f62、f63、f65、f66、f19-10共9条Ⅲ级结构面，宽度10cm～50cm，带内一般为碎块岩、片状岩及岩屑等，面多见铁锰渲染，其余均为IV级结构面，断层走向主要以NWW、NNE向中陡倾角为主，缓倾角结构面较少发育。

坝基岩体中陡倾角较发育，缓倾角较少发育，结合节理面的性状特征，右岸最发育节理为NNE向一组，其次NWW向～近EW向、NEE～近EW向二组略显优势：

(1)N0°～20°E SE∠60°～90°(或NW∠50°～60°)，面多见钙质充填1mm～5mm及铁锰质渲染，面多见擦痕，延伸长度5m～10m为主；

(2)N60°～90°W NE∠40°～60°(或SW∠50°～70°)，平行发育，间距20cm～60cm不等，面铁锰质渲染及钙质充填，个别夹岩屑及面见擦痕，倾向NE的延伸长度10m～50m，个别大于100m，倾向SW的延伸长度10m～20m以内；

(3)N70°～90°E NW∠60°～90°，面平直，铁锰质渲染或夹岩屑，部分面见擦痕，断续延伸10m～20m。

2 灌浆试验的目的

探索杨房沟水电站坝区固结灌浆的合理设计和施工参数，了解坝区岩体经固结灌浆处理后的整体性、刚度、强度的提高幅度，以及相应的力学参数，为坝基地基处理提供依据。通过灌浆试验研究在无混凝土盖重、混凝土盖重条件下进行固结灌浆的适用性；推荐良好的施工程序和施工工艺、合理的钻灌次序和灌浆压力、适宜的灌浆材料和最优的浆液配合比及钻灌设备、机具的最优组合方案。

根据《杨房沟水电站拱坝基础固结灌浆试验大纲》，经过灌浆试验后岩体力求达到表1中指标。

表1 坝基岩体灌后声波检查合格标准

注：表中括号内为某一单独检查孔的验收标准，坝段验收标准必须满足条件，单独检查孔的验收标准主要作为施工过程控制。

3 试验区选择与钻孔布置

试验区的选择遵循试区地质条件应具有代表性、便于施工、便于测试的原则，并结合已有地质资料，经现场实地考察和反复研究，确定本次固结灌浆试验进行四个试验区的施工。无盖重固结灌浆选择三个试验区；有盖重固结灌浆选择一个试验区。

试验一区布置在右岸坝基2080m～2095m高程，桩号C0+0m～C0+15m区域，灌浆孔位布置见图1。试验二区布置在左岸坝基2070m～2085m高程，桩号C0+1.5m～C0+15.49m区域，灌浆孔位布置见图2。试验三区布置在右岸导流洞5#施工支洞，桩号K0+58.5m～K0+84.5m，灌浆孔位布置见图3。试验四区布置在导流洞3#施工支洞K0+35.5m～K0+49m区域，浇筑3.0m厚C20混凝土作为盖重，灌浆孔位布置见图4。

图1 试验一区孔位布置

图2 试验二区孔位布置

图3 试验三区孔位布置

图4 试验四区孔位布置

4 灌浆方法与工艺

本次试验的各项主要工作程序见图5。

试验一、二区采用了分段分序的灌浆施工技术，灌浆孔按灌浆次序分段完成第一段(上部0～2m)灌浆后，第一段灌浆后形成封闭盖重，改善浅表岩体的承压条件，再按灌浆次序分段进行第二段及以下部分的灌浆。坝基无盖重固结灌浆施工时，优先施工上下游边界部位，以形成相对封闭圈，再施工中间部位。

5 施工成果及灌浆效果分析

5.1 主要施工成果

无盖重试验区主要施工成果见表2。

图5 灌浆试验工作程序

表2 无盖重试验区灌浆主要施工成果

有盖重试验区主要施工成果见表3。

表3 有盖重试验区灌浆主要施工成果

试验区灌前透水率及单位注灰量总体上随灌浆次序的递增呈递减规律，Ⅲ序孔单位注入率明显减小，说明地层经过各次序孔灌浆后已经得到了明显改善。试验四区灌前透水率及单位注入量均极小，无明显递减规律。

5.2 灌浆效果的检查及分析

5.2.1 岩体透水率检查及分析

试验区灌后检查孔压水成果见表4。

表4 检查孔压水成果

从4个固结灌浆试验区灌后岩体透水率来看，灌后检查孔压水满足设计标准，质量合格。

5.2.2 岩体声波测试及分析

(1)试验一区

该灌浆试验区域为Ⅲ1类花岗闪长岩，灌浆前、后单孔声波特征值统计结果见表5。

表5 试验一区声波特征值统计

(2)试验二区

该灌浆试验区域为Ⅲ1类花岗闪长岩，灌浆前、后单孔声波特征值统计结果见表6。

表6 试验二区声波特征值统计

(3)试验三区

该灌浆试验区域为Ⅱ类花岗闪长岩，灌浆前、后单孔声波特征值统计结果见表7。

表7 试验三区声波特征值统计

(4)试验四区

该灌浆试验区域为Ⅱ类花岗闪长岩，灌浆前、后单孔声波特征值统计结果见表8。

表8 试验四区声波特征值统计

综上所述，0～2m段平均波速提高率在8%～12%区间(试验四区除外)，2m～孔底段平均波速提高率在1.5%～3%区间，4个试验区灌后声波检测均达到设计指标，质量合格。

5.2.3 岩体变形模量测试及分析

钻孔变模测试是在灌前测试孔和灌后检查孔内进行的，测试成果见表9。

表9 试验变模测试成果

从表9看，灌浆前钻孔变模最大值22.74GPa，最小值9.42GPa；灌浆后钻孔变模最大值25.47GPa，最小值10.03GPa；平均提高率约5%。

5.2.4 钻孔全景图像测试及分析

此次检测工作所采用仪器为武汉固德公司生产的GD3Q-GA超高清智能钻孔电视成像仪，系统由采集仪、井下电视探头、孔深计数器和分析处理软件组成。分析各试验区钻孔全景图像解释成果：试验一区钻孔全景图像灌后检测孔显示，灌后共有63处裂隙，其中29处裂隙见水泥结石充填；试验二区钻孔全景图像灌后检测孔显示，灌后共有24处裂隙，其中18处裂隙见水泥结石充填；试验三区钻孔全景图像灌后检测孔显示，灌后共有37处裂隙，其中18处裂隙见水泥结石充填。

5.2.5 芯样室内试验

为了更加充分地了解灌前、灌后岩体情况，在试验一、二、三区分别选取了灌前、灌后各2块岩芯，共计12块岩芯进行室内试验检测。把花岗岩钻孔岩芯分别加工成不同高度(保留原有直径)的圆柱体和厚度约5mm的磨片，按照《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266-99)的要求，对圆柱体岩样进行了岩石密度试验和声波试验，对磨片进行了电镜扫描试验。通过试验、资料整理和综合分析，得到了岩样的天然密度和微观结构。

(1)密度试验

灌后岩样的密度稍大于灌前岩样的密度，这是因为该花岗岩内部结构比较完整，节理裂隙较少，导致灌浆时有较少浆液进入到岩体内部，说明该花岗岩的可灌性较差。

(2)声波测试

本次测试工作所用仪器为美国NDT JamesV-Meter MK IV超声波测试仪。6个灌前试样波速平均值为4228m/s，6个灌后试样波速平均值为4251m/s，两组岩样的波速均较高，说明该花岗岩岩体完整性较好，且两组平均值差异较大，说明进入灌后岩样的浆液较少，反映了该岩体可灌性较差。

(3)电镜扫描试验

扫描电镜(SEM)是介于透视和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。对比灌前、灌后试样电镜照片，两者微观结构大体上没有差异，但仔细观察可发现，部分灌后试样微观照片中偶见细小水泥颗粒，这说明有少量浆液渗入到了该岩体内部。

6 结论与建议

根据《雅砻江杨房沟水电站设计施工总承包(YFGC-201506)拱坝基础固结灌浆试验研究大纲》的要求，固结灌浆质量检查以声波测试岩体波速为主，钻孔压水试验为辅，并结合灌浆前后物探成果、有关灌浆施工资料以及钻孔取芯资料、岩石磨片鉴定成果进行综合评定。

(1)试验区岩体具有代表性，灌浆试验取得了成功。四个试验区的岩体分别代表了坝区性状不同的岩体。试验一区主要代表左岸坝基以Ⅲ1类岩体为主以及局部沿断层f400条带的Ⅲ2类；试验二区主要代表左岸坝基以较完整为主的Ⅲ1类岩体；试验三区主要代表导流洞5#施工支洞以较完整的Ⅱ类围岩；试验四区主要代表导流洞3#施工支洞以较完整的Ⅱ类围岩。

(2)本次灌浆试验中比较和采用了实用的灌浆工艺和方法、多种灌浆浆液、多种测试手段。试验区灌浆施工所使用的水泥浆液及配合比、施工工艺、施工参数、方法、流程基本可行，试验资料可靠，试验成果对今后的设计、施工具有指导意义。

(3)试验区岩体通过灌浆后各项力学性能得到了明显改善，达到设计要求，透水率大大降低，达到了设计要求。

(4)灌浆材料的建议：根据四个试验区成果统计分析，尤其是试验二区普通硅酸盐水泥施工区域的灌前透水率0.74Lu，平均单位注灰量1.44kg/m；湿磨细水泥施工区域的灌前透水率0.80Lu，单位注灰量1.35kg/m。故普通硅酸盐水泥和湿磨细水泥，在灌浆效果上基本一致。根据试验一、三区的检查孔湿磨细水泥与超细水泥灌浆成果分析，湿磨细水泥的灌前透水率0.15Lu，平均单位注灰量0.61kg/m；超细水泥的灌前透水率0.28Lu，平均单位注灰量0.1kg/m。故湿磨细水泥与超细水泥灌浆效果基本一致。故灌浆材料主要应采用普通硅酸盐水泥，局部可采用湿磨细水泥。

(5)对孔排距的建议：本次无盖重固结灌浆试验采用矩形布孔型式，孔排距为3.0m×3.0m，Ⅲ序加密灌浆后，最小孔距为1.5m，有盖重固结灌浆试验采用矩形布孔型式，孔间距2.5m、2.8m、3.0m。试验一区Ⅲ序加密孔平均单位注入量7.44kg/m，试验二区Ⅲ序加密孔平均单位注入量1.39kg/m，试验三区Ⅲ序加密孔平均单位注入量3.94kg/m，试验四区Ⅲ序加密孔平均单位注入量2.46kg/m，均基本不吸浆，故坝基固结灌浆建议采用梅花形布孔型式，孔排距为3.0m。

(6)对施工工艺和参数的建议：①灌浆方法：宜采用冲击钻钻机钻孔，Ⅰ序孔采用自上而下灌浆，Ⅱ序孔采用自下而上灌浆法；②灌浆压力：适当提高灌浆压力起到扩张裂隙、提高可灌性的作用，而又不导致岩体的过大变位，建议按照最大灌浆压力2.0MPa～3.0MPa实施。