錦屏一級(jí)水電站左岸抗力體固結(jié)灌漿效果綜合檢測(cè)分析

廖 偉，鄒延延，鄧希貴，王洪昌

（四川中水成勘院工程勘察有限責(zé)任公司，四川 成都 610072）

錦屏一級(jí)水電站左岸抗力體固結(jié)灌漿效果綜合檢測(cè)分析

廖 偉，鄒延延，鄧希貴，王洪昌

（四川中水成勘院工程勘察有限責(zé)任公司，四川 成都 610072）

錦屏一級(jí)水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高305 m，為世界目前第一高拱壩。對(duì)左岸抗力體中發(fā)育的f2、f5、f8斷層和煌斑巖脈及影響帶采用混凝土洞井置換網(wǎng)格、系統(tǒng)固結(jié)灌漿、局部磨細(xì)水泥－化學(xué)復(fù)合灌漿及高壓沖洗混凝土回填加密固結(jié)灌漿等多種處理措施。通過對(duì)左岸抗力體進(jìn)行系統(tǒng)灌漿處理，以提高左岸抗力體巖石力學(xué)性能及防滲性能，增強(qiáng)巖體的整體性及均一性，提高巖體的抗變形能力。系統(tǒng)綜合物探檢測(cè)目的是檢測(cè)左岸抗力體固結(jié)灌漿質(zhì)量，評(píng)價(jià)系統(tǒng)固結(jié)灌漿效果，復(fù)核灌后巖體是否達(dá)到設(shè)計(jì)的各種物理力學(xué)指標(biāo)等。

左岸抗力體；固結(jié)灌漿；壓水試驗(yàn)；物探檢測(cè)；灌漿效果

0 前 言

錦屏一級(jí)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)，是雅礱江干流中下游水電開發(fā)規(guī)劃的“控制性”水庫(kù)，在雅礱江梯級(jí)滾動(dòng)開發(fā)中具有“承上啟下”重要作用。大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 885 m，最大壩高305 m，裝機(jī)容量3 600 MW。

左岸抗力體為雙曲拱壩左側(cè)壩基及壩肩部分，為大壩壩基及壩肩受力部位。左岸抗力體共分布洞室68條，總長(zhǎng)約11.8 km，洞室灌漿分五層進(jìn)行施工，從上至下分別在1 885 m、1 829 m、1 785 m、1 730 m及1 670 m（見圖1），固結(jié)灌漿基巖鉆灌量超過69萬m，具有工程量大、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高、施工工期短、施工強(qiáng)度高、施工組織復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，左岸抗力體的灌漿效果直接關(guān)系到錦屏一級(jí)水電站高拱壩的安全與穩(wěn)定。

圖1 左岸抗力體洞室群示意

左岸抗力體灌漿主要包括抗力體固結(jié)灌漿、抗力體外固結(jié)灌漿、帷幕洞底板固結(jié)灌漿、搭接帷幕灌漿、深孔帷幕灌漿、回填灌漿及接縫灌漿。通過對(duì)左岸抗力體進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿等處理，以提高左岸抗力體巖石力學(xué)性能及防滲性能，增強(qiáng)巖體的整體性及均一性，提高巖體的抗變形能力。近年來國(guó)內(nèi)外大量采用單孔聲波、壓水試驗(yàn)、鉆孔全景圖像、鉆孔變模和地震波層析（CT）成像等綜合檢測(cè)手段，提高了灌漿質(zhì)量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，為工程驗(yàn)收提供可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。

1 工程地質(zhì)條件

錦屏一級(jí)水電站左岸抗力體山體雄厚，相對(duì)高差1 500～1 700 m，為典型的深切“V”型谷。巖層走向與河流流向基本一致，左岸為反向坡，1 820～1 900 m高程以下為大理巖出露段，地形完整，坡度55°～70°，以上為砂板巖出露段，坡度35°～45°，地形完整性較差，呈山梁與淺溝相間的微地貌特征，少量可見平緩臺(tái)地及凹形淺槽。

左岸抗力體范圍內(nèi)地層巖性為三疊系中上統(tǒng)雜谷腦組第二段大理巖和第三段砂板巖，另外還可見后期侵入的煌斑巖脈（X）。第三段砂板巖分布于1 820 m高程以上，左岸抗力體范圍主要涉及第1、3層粉砂質(zhì)板巖和第2層變質(zhì)砂巖。第二段大理巖分布于1 820 m高程以下，不同高程從高到低、同一高程從里到外依次為第8層深灰色薄～中厚層狀大理巖，底部發(fā)育較多的綠片巖，第7層厚層狀大理巖、條紋狀大理巖，第6－2、6－1層深灰色薄～中厚層狀大理巖、少量角礫狀大理巖，第5層淺灰至灰白色厚層狀大理巖，第4層中厚層～厚層狀雜色角礫狀大理巖，夾透鏡狀、團(tuán)塊狀綠片巖。煌斑巖脈（X）厚一般2.0～3.0 m，總體產(chǎn)狀N50°～70°E／SE∠60°～80°，貫穿分布于左岸壩基及抗力體內(nèi)，抗風(fēng)化能力低，在高程1 680 m以上多弱～強(qiáng)風(fēng)化，往高高程風(fēng)化逐漸變強(qiáng)，高程1 680 m以下巖脈多微風(fēng)化～新鮮。左岸抗力體斷層較發(fā)育，主要發(fā)育規(guī)模較大的f2、f5、f8斷層。

2 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后檢測(cè)指標(biāo)要求

左岸抗力體固結(jié)灌漿總體上分為主灌漿區(qū)和控制灌漿區(qū)。將各高程主灌漿區(qū)邊界一定范圍的區(qū)域劃為控制灌漿區(qū)，要求在該區(qū)內(nèi)采用低壓濃漿并且需在主灌漿區(qū)灌漿前實(shí)施。高壓灌漿區(qū)：高程1 785 m以下的主灌漿區(qū)為高壓灌漿區(qū)；中壓灌漿區(qū)：高程1 785 m以上的主灌漿區(qū)為中壓灌漿區(qū)；低壓灌漿區(qū)：各高程控制灌漿區(qū)以及近邊坡部位的灌漿區(qū)為低壓灌漿區(qū)。其中各灌區(qū)又劃分若干個(gè)灌漿單元進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）固結(jié)灌漿灌后效果評(píng)價(jià)以巖體聲波波速為主、透水率為輔，必要時(shí)結(jié)合鉆孔變模和鉆孔全景圖像綜合評(píng)定。

（2）聲波速度測(cè)點(diǎn)以每個(gè)檢查孔為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每個(gè)單元檢查孔的合格率應(yīng)≥90%，且不合格的孔不集中。

（3）壓水試驗(yàn)采用“單點(diǎn)法”，壓水壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1兆帕。每個(gè)單元檢查孔壓水試驗(yàn)合格率應(yīng)≥85%，不合格孔段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的150%且不集中。

（4）左岸抗力體范圍的斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化煌斑巖脈、層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶等不參加物探成果評(píng)價(jià)工作。

左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后質(zhì)量評(píng)價(jià)主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后質(zhì)量評(píng)價(jià)主要技術(shù)指標(biāo)

3 檢測(cè)工作布置及成果分析

3.1 檢測(cè)工作布置

左岸抗力體固結(jié)灌漿高程范圍為1 635～1 885 m之間，共布置五層基礎(chǔ)處理洞室群，分別為1 885 m、1 829 m、1 785 m、1 730 m及1 670 m高程?？沽w固結(jié)灌漿孔沿灌漿平洞洞周輻射發(fā)散，1 785 m高程以上排間距為3.0 m，1 785 m高程以下排間距為4.0 m，f5斷層加密固結(jié)灌漿、煌斑巖脈加密固結(jié)灌漿排間距為2.0 m，洞室轉(zhuǎn)彎處最大排距≤3.0 m，環(huán)內(nèi)輻射灌漿孔終孔孔底間距為4.0 m?？沽w固結(jié)灌漿原則上采用自上而下、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、高壓式灌漿方式，灌漿孔分序施工、逐序加密，環(huán)間分二序、環(huán)內(nèi)分三序。固結(jié)灌漿采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，即2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1（重量比）四級(jí)水灰比灌注。

左岸抗力體固結(jié)灌漿檢測(cè)孔分為灌前、灌后檢測(cè)孔，灌前檢測(cè)孔原則上利用Ⅰ序灌漿孔進(jìn)行檢測(cè)，灌后檢測(cè)孔壓水試驗(yàn)在該部位灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行，巖體波速測(cè)試在該部位灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行，鉆孔變模在該部位灌漿結(jié)束后28 d后進(jìn)行。固結(jié)灌漿灌前、灌后檢測(cè)孔孔數(shù)分別占灌漿孔總數(shù)的比例為：?jiǎn)慰茁暡?%、壓水試驗(yàn)5%、鉆孔全景圖像3%、鉆孔變模1%；每個(gè)單元內(nèi)灌漿后至少布置3個(gè)檢查孔，在地質(zhì)條件復(fù)雜及重要部位可加密布置。對(duì)局部灌后檢測(cè)效果未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的部位將進(jìn)行補(bǔ)充灌漿，補(bǔ)充灌漿原則上采用濕磨細(xì)水泥漿液灌注。

左岸抗力體固結(jié)灌漿于2008年8月開始施工，截至2014年4月，左岸抗力體固結(jié)灌漿施工及檢測(cè)均全部完成。左岸抗力體固結(jié)灌漿共設(shè)計(jì)布置并實(shí)施了灌前檢測(cè)孔1 543個(gè)，灌后檢測(cè)孔1 890個(gè)（其中包括各灌漿區(qū)不合格部位的補(bǔ)充灌漿檢測(cè)）。

3.2 檢測(cè)成果分析

左岸抗力體固結(jié)灌漿效果檢測(cè)主要采用單孔聲波、壓水試驗(yàn)、鉆孔全景圖像、鉆孔變模和地震波CT成像等綜合檢測(cè)方法。

3.2.1 單孔聲波檢測(cè)

單孔聲波測(cè)試是彈性波測(cè)試方法中的一種，是建立在固體介質(zhì)中彈性波傳播理論基礎(chǔ)上，以人工激振的方法向介質(zhì)發(fā)射聲波，在一定的空間距離上接收被測(cè)介質(zhì)物理特性所調(diào)制的傳播速度、振幅、頻率等聲波參數(shù)。單孔聲波測(cè)試采用測(cè)量點(diǎn)距均為0.2 m。由于左岸抗力體工程地質(zhì)條件復(fù)雜，存在有大量斷層、低波速巖帶、層間擠壓帶等，為獲取軟弱結(jié)構(gòu)巖帶或巖體的有效聲波數(shù)據(jù)，采取了分段造孔跟蹤檢測(cè)或分段堵水方式進(jìn)行檢測(cè)。

左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后檢測(cè)孔要求重新造孔，灌后檢測(cè)孔深度應(yīng)與灌漿孔深一致，檢測(cè)孔位置由監(jiān)理根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿情況、地質(zhì)條件和相關(guān)設(shè)計(jì)要求確定，并報(bào)設(shè)計(jì)確認(rèn)。左岸抗力體固結(jié)灌漿各灌區(qū)灌后檢測(cè)孔單孔波速滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)不合格單元經(jīng)補(bǔ)充灌漿后滿足設(shè)計(jì)要求（見表2）。

表2 左岸抗力體各級(jí)巖體固結(jié)灌漿灌前、灌后單孔聲波波速綜合統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出：

（1）各類巖體灌后平均波速相比灌前均有不同程度的提高，平均波速提高率介于2.97%～7.71%之間；其中Ⅳ2級(jí)大理巖和Ⅳ2級(jí)砂板巖灌后平均波速提高率最為顯著，分別為7.71%和6.71%；

（2）各類巖體的灌后離差Cv值均小于灌前值，說明灌后各類巖體波速分布較集中，灌后較灌前聲波曲線均勻、平滑，灌后巖體均一性較好；

（3）各級(jí)大理巖和各級(jí)砂板巖灌后低波速及小值平均均有較大提高，表明各級(jí)大理巖和各級(jí)砂板巖巖體經(jīng)固結(jié)灌漿后，低波速巖體灌漿效果有明顯提高；

（4）斷層及擠壓帶灌后離差Cv值偏大，且聲波曲線局部孔段仍有低波速鋸齒出現(xiàn)，局部起伏較明顯，表明斷層及擠壓帶經(jīng)固結(jié)灌漿后巖體均一性欠佳。

3.2.2 壓水試驗(yàn)檢測(cè)

左岸抗力體固結(jié)灌漿灌前、灌后檢測(cè)孔均進(jìn)行“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)。灌前測(cè)試孔利用I序灌漿孔進(jìn)行，其“單點(diǎn)法”壓水試驗(yàn)應(yīng)在裂隙沖洗清凈后進(jìn)行，采用自上而下分段鉆孔、分段壓水、分段灌漿的方法，分段長(zhǎng)度同灌漿段長(zhǎng)度。試驗(yàn)壓力均采用該段灌漿壓力的80%，并不大于1 MPa。壓入流量的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：在穩(wěn)定壓力下，每隔5 min測(cè)讀一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L／min時(shí)，即可結(jié)束壓水，取最終值作為計(jì)算值，其成果以透水率q表示，單位為呂榮（Lu）。

灌后壓水試驗(yàn)在灌漿完成7天后進(jìn)行，按照灌漿總孔數(shù)5%進(jìn)行布孔，采用自下而上分段做單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)段長(zhǎng)與相鄰灌漿孔灌漿段長(zhǎng)一致。灌后壓水試驗(yàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)為每個(gè)單元檢查孔壓水試驗(yàn)合格率應(yīng)≥85%，不合格孔段透水率不大于設(shè)計(jì)要求的150%且不集中。左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后壓水試驗(yàn)成果綜合統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后壓水試驗(yàn)成果綜合統(tǒng)計(jì)

各高程灌前平均透水率Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔，符合一般灌漿規(guī)律。表明隨灌漿次序的增進(jìn)，巖層裂隙逐漸被充填密實(shí)，巖體均一性及完整性得到了明顯改善。由表3可以看出：左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后壓水試驗(yàn)共檢測(cè)1 890孔，壓水段數(shù)累計(jì)7 969段次，其中透水率q≤3.0 Lu的段次為7 742段，3＜q≤4.5 Lu的段次為116段（且均不集中，滿足設(shè)計(jì)要求），q＞4.5 Lu的段次為111段，故左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后檢測(cè)孔透水率平均合格率為98.6%。左岸抗力體固結(jié)灌漿各灌區(qū)灌后檢測(cè)孔透水率指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，對(duì)不合格單元經(jīng)補(bǔ)充灌漿后均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

3.2.3 鉆孔全景圖像檢測(cè)

鉆孔全景圖像檢測(cè)是一種能直觀獲得鉆孔孔壁巖層表面特征的原始圖像，具有直觀性、真實(shí)性等的優(yōu)點(diǎn)。該方法利于劃分地層結(jié)構(gòu)、確定軟弱泥化夾層，檢測(cè)斷層、裂隙、破碎帶，觀察地下水活動(dòng)狀況位置等，佐證巖芯鑒定和彌補(bǔ)取芯不足，可直觀反映張開裂隙發(fā)育程度及漿液填充情況等（見圖2）。

鉆孔全景圖像檢測(cè)成果可綜合評(píng)價(jià)左岸抗力體固結(jié)灌漿灌后裂隙填充率等灌漿效果，其灌前、灌后檢測(cè)孔數(shù)分別占灌漿孔總數(shù)的3%。檢測(cè)前應(yīng)對(duì)鉆孔進(jìn)行反復(fù)沖洗，去掉孔壁殘留附著物，使鉆孔內(nèi)水質(zhì)清澈透明，以利于圖像清晰；如鉆孔內(nèi)積水仍渾濁，處理方法主要采用明礬凈水后再檢測(cè)。

圖2 左岸抗力體某灌區(qū)固結(jié)灌漿灌前、灌后檢測(cè)孔鉆孔全景圖像對(duì)比

從圖2可以看出，左岸抗力體某灌區(qū)灌前檢測(cè)孔大理巖大量張開裂隙發(fā)育，局部巖體較破碎，裂隙無充填物，完整性較差；經(jīng)固結(jié)灌漿處理后大理巖裂隙有明顯水泥漿液充填，填充率較高，并形成水泥結(jié)石，提高了巖體的完整性。

3.2.4 鉆孔變模檢測(cè)

鉆孔變形模量檢測(cè)是運(yùn)用鉆孔壓力膨脹計(jì)，求得鉆孔深部變形特性的一種試驗(yàn)方法。在巖體鉆孔中的有限長(zhǎng)度內(nèi)，利用鉆孔壓力膨脹計(jì)向孔壁施加均勻的徑向壓力，同時(shí)測(cè)得孔壁的徑向變形，按彈性力學(xué)平面應(yīng)變的厚壁圓筒公式，計(jì)算出巖體的變形模量。鉆孔變形模量檢測(cè)成果反映出巖體的結(jié)構(gòu)特征，通過灌漿前后變形模量的提高幅度，綜合評(píng)價(jià)各類巖體的灌漿效果（見表4）。

表4 左岸抗力體固結(jié)灌漿灌前、灌后巖體鉆孔變模值綜合統(tǒng)計(jì)

從表4可以看出：

（1）Ⅲ1級(jí)大理巖灌前（灌后）平均變模值為10.47 GPa（13.11 GPa），灌后較灌前提高25.2%；Ⅲ2級(jí)大理巖灌前（灌后）平均變模值為7.99 GPa（11.41 GPa），灌后較灌前提高42.8%；Ⅳ2級(jí)大理巖灌前（灌后）平均變模值為7.64 GPa（10.35 GPa），灌后較灌前提高35.5%。

（2）Ⅲ2級(jí)砂板巖灌前（灌后）平均變模值為9.73 GPa（11.68 GPa），灌后較灌前提高20.0%；Ⅳ2級(jí)砂板巖灌前（灌后）平均變模值為7.19 GPa（9.46 GPa），灌后較灌前提高31.6%。

（3）f2斷層灌前（灌后）平均變模值為8.79 GPa（12.03 GPa），灌后較灌前提高36.9%；f5斷層灌前（灌后）平均變模值為6.44 GPa（10.15 GPa），灌后較灌前提高57.6%；煌斑巖灌前（灌后）平均變模值為6.44 GPa（7.08 GPa），灌后較灌前提高9.94%。

（4）各類巖體灌后平均變模值均有較大提高，表明各類巖體固結(jié)灌漿效果均較好；從灌后各級(jí)巖體變形模量提高率可以看出，煌斑巖固結(jié)灌漿效果相比其它巖性或斷層灌漿效果較差。

（5）斷層及擠壓帶局部巖體較破碎，以致探頭無法升壓而無有效變模值，故有效測(cè)點(diǎn)偏少。

3.2.5 地震波層析（CT）成像檢測(cè)

地震波層析成像借鑒了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的CT檢測(cè)技術(shù)，在相對(duì)平行的平硐間采用一發(fā)多收的扇形觀測(cè)系統(tǒng)（一硐激發(fā)，另一硐多道接收），通過改變激發(fā)點(diǎn)和接收排列的位置，組成密集交叉的射線網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)射線的疏密程度及成像精度劃分規(guī)則的成像單元，運(yùn)用射線追蹤理論，采用特殊的反演計(jì)算方法形成被測(cè)區(qū)域的波速圖像，根據(jù)圖像中的波速分布情況來劃分巖體質(zhì)量、確定地質(zhì)構(gòu)造及軟弱巖帶的空間分布。

為查明左岸抗力體內(nèi)Ⅳ2級(jí)巖體分布，以及檢測(cè)固結(jié)灌漿的灌漿效果，針對(duì)抗力體巖體質(zhì)量進(jìn)行了灌前、灌后地震層析（CT）成像檢測(cè)工作。通過地震波波速成像成果，可以總體評(píng)價(jià)左岸抗力體內(nèi)部斷層破碎帶及軟弱帶灌漿處理效果等（以1 670 m層為例）。

左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌前地震層析（CT）成像成果圖見圖3。結(jié)合開挖揭露工程地質(zhì)條件，在低波速1區(qū)，有g(shù)1670－1、g1670－2、g1670－3及f2四個(gè)地質(zhì)構(gòu)造穿過，形成一個(gè)低波速區(qū)；低波速2區(qū)沒有明地質(zhì)構(gòu)造，但是聲波測(cè)試成果表明該區(qū)域聲波測(cè)試曲線起伏變化很大，巖體均一性差。低波速區(qū)地震波波速多介于2 500～4 000 m／s之間，而非低波速區(qū)地震波波速則多介于3 500～5 500 m／s之間。

左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌后地震層析（CT）成像成果見圖4。1 670 m高程洞室經(jīng)系統(tǒng)固結(jié)灌漿處理后，成像區(qū)域呈一明顯低波速帶，與f2斷層及其擠壓帶在成像區(qū)域段重合，低波速區(qū)地震波波速多介于3 500～4 500 m／s之間；而灌漿處理后非低波速區(qū)巖體地震波波速較平穩(wěn)、集中，巖體均一性較好，地震波波速則多介于4 500～5 500 m／s之間。

圖3 左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌前地震層析成像成果

圖4 左岸抗力體1 670 m高程洞室固結(jié)灌漿灌后地震層析成像成果

4 結(jié) 論

錦屏一級(jí)水電站左岸抗力體經(jīng)系統(tǒng)固結(jié)灌漿處理之后，低波速軟弱巖體得到了明顯的改善，灌后巖體聲波波速、透水率、鉆孔變模及地震波波速值均得到較大提高，且均滿足設(shè)計(jì)灌后指標(biāo)要求。達(dá)到了提高左岸抗力體巖石力學(xué)性能及防滲性能，增強(qiáng)巖體的整體性及均一性，提高巖體的抗變形能力。因此，在壩基抗力體系統(tǒng)固結(jié)灌漿過程中，采用綜合物探檢測(cè)方法評(píng)價(jià)灌漿效果是可行的，可在類似工程基礎(chǔ)固結(jié)灌漿處理中借鑒和推廣應(yīng)用。

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TV543

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1003－9805（2015）02－0047－06

2014－06－30

廖 偉（1983－），男，四川瀘州人，工程師，從事工程物探檢測(cè)與研究工作。