三河口水利樞紐壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究

羅暢 馮駿馳 董康乾 燕軍樂

摘?要：為保證三河口水利樞紐大壩澆筑施工進(jìn)度及壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量，需要進(jìn)行壩基無蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行研究，依據(jù)地質(zhì)條件編制了固結(jié)灌漿試驗(yàn)方案，對(duì)灌漿前后透水率、單位注灰量、抬動(dòng)變形等進(jìn)行了分析與討論。結(jié)果表明：左、右岸壩基及右岸斷層裂隙帶3個(gè)試驗(yàn)區(qū)平均透水遞減率分別為96.7%、81.8%、73.4%，各孔壓水透水率均呈不斷減小的趨勢(shì);3個(gè)試驗(yàn)區(qū)平均單位注灰量遞減率分別為64.7%、12.6%、66.4%，各孔單位注灰量均呈不斷減小的趨勢(shì);3個(gè)試驗(yàn)區(qū)各孔段壓水透水率均小于3.0 Lu;各孔段均未在施工過程中出現(xiàn)抬動(dòng)變形。這些結(jié)果表明了此次固結(jié)灌漿具有良好效果。

關(guān)鍵詞：固結(jié)灌漿;高碾壓混凝土拱壩;三河口水利樞紐

中圖分類號(hào)：TV523?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.10.024

Experimental Study on Consolidation Grouting of Sanhekou Water Control Project

LUO Chang， FENG Junchi， DONG Kangqian， YAN Junle

（Hanjiang-to-Weihe River Water Diversion Project Construction Co.， Ltd.， Xian 710100， China）

Abstract：In order to ensure the construction progress of the dam pouring of the Sanhekou Water Control Project and the quality of the dam foundation consolidation grouting， it is necessary to carry out the dam foundation non-cover weight consolidation grouting test. Based on the study of the geological conditions of the test area， the consolidation grouting test scheme was worked out according to the geological conditions and the water permeability before and after grouting， the unit ash injection amount and uplift deformation were analyzed and discussed. The results show that the average water permeability decline rates of the three test areas on the left and right bank dam foundations and the right bank fault fissure zone are 96.7%， 81.8% and 73.4% respectively and the water permeability of each pore pressure shows a decreasing trend; the average of the three test areas of the decline rates of unit ash injection volume are 64.7%， 12.6% and 66.4% respectively， and the unit ash injection volume of each hole shows a decreasing trend; the pressure water permeability of each hole section of the 3 test areas is less than 3.0 Lu; each hole section has no lifting deformation occurred during the construction process. These results show that the consolidation grouting has a good effect.

Key words： consolidation grouting; high RCC arch dam; Sanhekou Water Control Project

1?工程概況

三河口水利樞紐地處陜西省佛坪縣與寧陜縣交界的子午河峽谷段，是引漢濟(jì)渭工程的兩個(gè)水源之一[1]，更兼任整個(gè)調(diào)水工程的中樞。三河口水利樞紐的主要任務(wù)是將支流子午河來水和漢江干流來水進(jìn)行抽蓄調(diào)配，進(jìn)而向關(guān)中地區(qū)供水[2]。三河口水利樞紐作為我國(guó)少見的高碾壓混凝土拱壩之一，壩高為145 m，正常蓄水位643 m，總庫(kù)容7.1億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容6.62億m3。

大壩基巖主要為變質(zhì)砂巖，部分為結(jié)晶灰?guī)r，巖體較碎、裂隙分布密集、透水率大。為保證大壩澆筑施工進(jìn)度及壩基固結(jié)灌漿質(zhì)量，需要結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行壩基無蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)，驗(yàn)證壩基無蓋重固結(jié)灌漿的工藝及參數(shù)。本研究在左、右岸壩基各選擇1個(gè)普通固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)，在右岸上壩路斷層帶（Sf507）選擇一個(gè)具有代表性的斷層裂隙帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)，驗(yàn)證大壩地質(zhì)條件下無蓋重固結(jié)灌漿的可灌性、工藝流程、施工方法、設(shè)計(jì)參數(shù)等。

2?工程地質(zhì)條件

左、右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)設(shè)在壩肩槽高程592～602 m。左壩肩高程655 m以下表面覆蓋厚度0.5～7.0 m的崩坡積碎石土。下伏基巖主要由變質(zhì)砂巖及結(jié)晶灰?guī)r組成，屬BⅣ2類壩基工程巖體;高程577 m以上，巖體完整性較差，聲波波速變化大，弱風(fēng)化分帶不明顯，屬AⅢ2類壩基工程巖體[3]。

右壩肩基巖裸露，主要由變質(zhì)砂巖組成，局部為結(jié)晶灰?guī)r，夾透鏡狀偉晶巖脈及石英脈，屬BⅣ2類壩基工程巖體;弱風(fēng)化上帶巖體完整性較差，聲波波速變化很大，屬AⅢ2類壩基工程巖體;弱風(fēng)化下帶巖體較完整，屬AⅢ1類壩基工程巖體;微風(fēng)化巖體較完整，屬AⅡ類壩基工程巖體。

右岸壩基646～623 m高程斷層帶Sf507為逆斷層，產(chǎn)狀195°～210°∠65°～80°，破碎帶寬度0.1～0.3 m，影響帶寬度3.0～5.0 m，斷層帶以糜棱巖為主，局部夾泥，斷層破碎帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)選在右岸上壩路斷層帶Sf507具有一定代表性。

3?固結(jié)灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1?試驗(yàn)流程

根據(jù)《三河口水利樞紐大壩工程壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)大綱》及監(jiān)理批復(fù)意見，本次固結(jié)灌漿試驗(yàn)灌漿方法為：Ⅰ序孔采用自上而下分段鉆孔、洗孔、壓水及灌漿;Ⅱ序孔采用一次成孔，自下而上分段洗孔、壓水、灌漿。主要施工流程如圖1所示。

3.2?試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)地選擇及孔位布置

左、右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿孔均按梅花形布置，共3排，孔深入巖8 m，孔向垂直基巖面;左岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿孔間排距3.0 m×3.0 m，右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿孔間排距2.5 m×2.5 m，各試驗(yàn)區(qū)均設(shè)置抬動(dòng)觀測(cè)孔1個(gè)。

右岸斷層裂隙帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿孔按梅花形布置，共3排孔，孔距2 m，排距1.2 m，孔深沿著斷層傾角入巖20 m，設(shè)置抬動(dòng)孔1個(gè)。

固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)布孔如圖2所示。

4?固結(jié)灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1?鉆?孔

固結(jié)灌漿試驗(yàn)有取芯要求的鉆孔全部采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，其他鉆孔和掃孔用100B風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)，孔徑為76 mm，鉆孔開孔孔位偏差均不大于10 cm。

4.2?洗?孔

（1）鉆孔沖洗。鉆孔完成后，進(jìn)行鉆孔沖洗，將鉆具提離孔底10～20 cm，采用大流量清水，敞開孔口進(jìn)行沖洗，直至回水澄清為止。

（2）裂隙沖洗。在完成第一步鉆孔沖洗后，使用灌漿壓力80%的壓力水對(duì)裂隙進(jìn)行沖洗，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步清洗的目的。

4.3?壓水試驗(yàn)

在裂隙沖洗后，進(jìn)行壓水試驗(yàn)[4]。Ⅰ序孔、物探測(cè)試孔和檢查孔進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，分段長(zhǎng)度同灌漿段長(zhǎng)度。采用灌漿壓力80%的壓水壓力（不大于1 MPa）進(jìn)行試驗(yàn)。其他灌漿孔灌前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，參數(shù)同上。

4.4?灌?漿

（1）灌漿方法。I序孔與Ⅱ序孔使用不同的灌漿方法進(jìn)行固結(jié)灌漿試驗(yàn)，具體灌漿方法如圖3所示。

（2）灌漿壓力。固結(jié)灌漿試驗(yàn)灌漿壓力見表1，可針對(duì)灌漿過程中可能出現(xiàn)的各類情況進(jìn)行壓力調(diào)整。同時(shí)為了防止在施工過程中發(fā)生抬動(dòng)，需要按照表2（P為最終設(shè)計(jì)壓力）調(diào)控灌漿壓力與注入率。

（3）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和封孔。當(dāng)灌漿壓力達(dá)到最大設(shè)計(jì)壓力時(shí)，吸漿量低于1.0 L/min，30 min后灌漿結(jié)束，采用導(dǎo)管注漿法（水灰比0.5∶1）進(jìn)行封孔。

4.5?施工中特殊情況處理

壩基表面巖體局部裂隙較發(fā)育，在左岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)ZGS-1-Ⅰ-1第2段灌漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)該孔口上部6～10 m范圍內(nèi)巖石縫隙出現(xiàn)多處漏漿部位，表面封堵無效后，采取限流、限壓、間歇等灌漿措施，仍無法達(dá)到正常灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，最后進(jìn)行待凝處理，24 h后重新掃孔復(fù)灌，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

左岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔ZGS-2-II-2第2段灌漿時(shí)，與物探孔W1和W2串漿，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采用孔口封閉器進(jìn)行封堵處理后該段灌漿達(dá)到正常結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

右岸斷層處理帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔YDGS-3-I-3第2段灌漿時(shí)孔口周邊巖石表面裂隙出現(xiàn)明顯漏漿，現(xiàn)場(chǎng)采用逐級(jí)變漿、限流、限壓、間歇措施進(jìn)行了處理。

右岸斷層處理帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔YDGS-2-II-4第3段灌漿時(shí)，在該孔附近壩肩槽同高程部位巖縫出現(xiàn)明顯漏漿，現(xiàn)場(chǎng)采取逐級(jí)變漿、限流、限壓措施進(jìn)行了處理。

右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)孔YGS-2-I-3第2段灌漿時(shí)，該孔附近巖縫出現(xiàn)明顯漏漿現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)采取限流、限壓、變漿、間歇等措施進(jìn)行了處理。

5?固結(jié)灌漿成果及分析

5.1?透水率及單位注灰量成果

本次固結(jié)灌漿試驗(yàn)3個(gè)試驗(yàn)區(qū)的透水率及水泥注灰量灌漿成果分析統(tǒng)計(jì)見表3，結(jié)果表明：左岸壩基、右岸壩基、右岸斷層處理試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，各個(gè)孔序均顯現(xiàn)出了具有清晰遞減趨勢(shì)的平均透水率與平均單位注灰量，與一般灌漿規(guī)律所吻合[5]。

5.2?透水率分析

（1）左岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)物探孔壓水3段，壓水時(shí)均無壓力、無回水;Ⅰ序孔壓水6段，其中2段壓水時(shí)無壓力、無回水，透水率最小為0.00 Lu，平均透水率為304.80 Lu;Ⅱ序孔壓水5段，透水率最大為20.93 Lu，最小為0.98 Lu，平均透水率為9.98 Lu。由壓水結(jié)果可見，各孔壓水透水率均呈不斷減小的趨勢(shì)，此次固結(jié)灌漿具有良好效果。

（2）右岸斷層處理帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)物探孔壓水12段，其中5段壓水時(shí)無壓力、無回水，透水率最小值17.50 Lu;Ⅰ序孔壓水16段，其中2段壓水時(shí)無壓力、無回水，透水率最小為8.53 Lu，平均透水率為85.00 Lu;Ⅱ序孔壓水6段，透水率最大為60.05 Lu，最小為1.94 Lu，平均透水率為22.62 Lu。從壓水結(jié)果可以看出，物探孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔壓水透水率減小趨勢(shì)明顯，具有一定灌漿效果。

（3）右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)物探孔壓水3段，壓水平均透水率為17.31 Lu;Ⅰ序孔壓水6段，壓水透水率最大為248.98 Lu，最小為9.36 Lu，平均透水率為53.42 Lu;Ⅱ序孔壓水4段，透水率最大為11.33 Lu，最小為7.84 Lu，平均透水率為9.74 Lu。由壓水結(jié)果可見，各孔壓水透水率均呈不斷減小趨勢(shì)，此次固結(jié)灌漿具有良好效果。

5.3?單位注灰量分析

（1）左岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)Ⅰ序孔灌漿6段，灌入水泥7 957.1 kg，單位注灰量平均值為221.03 kg/m;Ⅱ序孔灌漿5段，灌入水泥2 339.7 kg，單位注灰量平均值為77.99 kg/m。Ⅱ序孔單位注灰量比Ⅰ序孔明顯減小，遞減率為64.7%，灌漿效果良好。

（2）右岸斷層破碎帶固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)Ⅰ序孔灌漿28段，灌入水泥81 144.77 kg，單位注灰量平均值為644.01 kg/m;Ⅱ序孔灌漿24段，灌入水泥23 378.86 kg，單位注灰量平均值為216.47 kg/m。Ⅱ序孔單位注灰量比Ⅰ序孔明顯減小，遞減率為66.4%，取得了一定的灌漿效果。

（3）右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿Ⅰ序孔灌漿6段，灌入水泥7 024.9 kg，單位注灰量平均值為195.14 kg/m;Ⅱ序孔灌漿5段，灌入水泥5 117.7 kg，單位注灰量平均值為170.59 kg/m。Ⅱ序孔單位注灰量比Ⅰ序孔呈減小趨勢(shì)，遞減率為12.6%，灌漿效果良好。

5.4?抬動(dòng)觀測(cè)及變形分析

在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布置1個(gè)抬動(dòng)孔，抬動(dòng)觀測(cè)孔深度大于相應(yīng)部位固結(jié)灌漿孔深度2.0 m，孔徑76 mm，采用地質(zhì)鉆機(jī)造孔。抬動(dòng)觀測(cè)裝置使用千分表進(jìn)行相關(guān)觀測(cè)與記錄。觀測(cè)期間對(duì)抬動(dòng)觀測(cè)裝置進(jìn)行了有效的防護(hù)，避免出現(xiàn)碰撞、震動(dòng)現(xiàn)象而影響測(cè)試精度。本次試驗(yàn)采用的抬動(dòng)觀測(cè)裝置如圖4所示[6]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原始資料統(tǒng)計(jì)，各孔段均未在施工過程中出現(xiàn)抬動(dòng)變形。

5.5?質(zhì)量檢查孔成果分析

通過對(duì)布置的質(zhì)量檢測(cè)孔進(jìn)行取芯和壓水試驗(yàn)來驗(yàn)證本次固結(jié)灌漿試驗(yàn)的效果，試驗(yàn)的取芯采樣率：左岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)達(dá)92.2%，右岸壩基固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)達(dá)92.8 %，斷層破碎帶試驗(yàn)區(qū)達(dá)75.1%。斷層破碎帶試驗(yàn)區(qū)采樣率較低的原因是該試驗(yàn)區(qū)屬于斷層破碎帶，地質(zhì)條件不佳。質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)成果見表4。可見，各孔段壓水透水率均小于3.0 Lu，符合固結(jié)灌漿試驗(yàn)質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)。

6?結(jié)?論

通過試驗(yàn)驗(yàn)證了變質(zhì)砂巖地質(zhì)條件下壩基無蓋重固結(jié)灌漿的工藝及參數(shù)，以及研究標(biāo)段地質(zhì)條件下無蓋重固結(jié)灌漿的可灌性、工藝流程、施工方法、設(shè)計(jì)參數(shù)（如孔距、排距、布孔分序、灌漿壓力、水灰比）。通過研究可知，3個(gè)試驗(yàn)區(qū)各孔壓水透水率均呈不斷減小的趨勢(shì);3個(gè)試驗(yàn)區(qū)平均單位注灰量遞減率分別為64.7%、12.6%、66.4%，各孔單位注灰量均呈不斷減小的趨勢(shì);3個(gè)試驗(yàn)區(qū)各孔段壓水透水率均小于3.0 Lu;各孔段均未在施工過程中出現(xiàn)抬動(dòng)變形。這些結(jié)果表明了此次固結(jié)灌漿具有良好效果。

本文論證了壩基無蓋重固結(jié)灌漿的灌漿效果及質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，探索了無蓋重固結(jié)灌漿合理的施工工藝措施，進(jìn)一步研究適宜的固結(jié)灌漿方案、漿液配合比，對(duì)壩基固結(jié)灌漿施工方法和檢查標(biāo)準(zhǔn)提出建議，完善了壩基固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)，為固結(jié)灌漿施工圖設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為后期大面積開展無蓋重固結(jié)灌漿施工做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]?毛擁政.三河口水利樞紐主要技術(shù)問題和設(shè)計(jì)方案[J].中國(guó)水利，2015（14）：86-88.

[2]?王海成.三河口水庫(kù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析與壩址選擇[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2012，23（3）：156-159.

[3]?趙瑋.三河口水利樞紐碾壓混凝土拱壩體形優(yōu)化[J].陜西水利，2015（6）：85-87.

[4]?羅貫軍，郭增光，張熊君.白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖固結(jié)灌漿試驗(yàn)成果分析與建議[J].水利水電技術(shù)，2015，46（10）：117-120.

[5]?王志強(qiáng)，李國(guó)超，魏杰，等.雙護(hù)盾TBM隧洞同孔一次灌漿試驗(yàn)研究[J].人民黃河，2019，41（12）：118-121，126.

[6]?李榮軍.引漢濟(jì)渭三河口大壩壩基帷幕灌漿試驗(yàn)研究[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，29（4）：20-23.

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