碧湖水庫工程壩基固結灌漿試驗分析

代凌云

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

碧湖水庫工程位于屈曲河支流長田河中游段，地理位置在田抗鄉(xiāng)境內，水庫壩址則在王田河出口下游段175.0m峽谷處段。水庫壩址區(qū)與市區(qū)相距26.0km。水庫壩址區(qū)控制流域面積231.0km2，蓄水位正常值為3.74m，總庫容3012×104m3，供水、發(fā)電、灌溉設計總引水流量為12.3m3/s，水庫電站總裝機4.0MW，水庫主要用于供水、灌溉、發(fā)電等用途。

壩址處河流大致呈南東流向，過壩后基本呈正東流向，屬橫向谷，河谷呈“U”字型，較狹窄，谷底寬約35m，正常蓄水位高程處谷寬約160m，河底高程約為132m。左岸為河灣山脊，南東走向，軸線處山頂高程約為224m，岸坡坡度約40°；右岸為河間山脊，南東走向，軸線處山頂高程為186-195m，岸坡坡度約45°。工程區(qū)位于滸嶺背斜的北西翼，壩區(qū)巖層呈單斜，走向北東，傾向北西偏上游，產狀一般在NE35°-50°/NW∠35°-65°，部分呈北東東或近東西走向，見有5條規(guī)模稍大斷層及若干次生小斷層，節(jié)理裂隙發(fā)育。

2 試驗準備

本次水庫壩基固結灌漿試驗選擇了S1和S2兩個試驗區(qū)，S1區(qū)巖體主要為深灰色薄層灰?guī)r夾少量極薄層灰?guī)r巖性，結構致密，但層間存在錯動，巖體自身強度高風化性弱，由于存在卸荷作用，故巖體質量不良。S2區(qū)巖體為灰-深灰色薄層灰?guī)r夾少量中厚灰?guī)r層，巖層層間存在明顯揉皺，呈碎鱗片狀，卸荷作用明顯，巖體質量差。

天然條件下碧湖水庫壩址區(qū)巖體達不到混凝土壩基礎的設計施工要求，必須通過固結灌漿加固處理，故實施本次固結灌漿試驗。試驗目的主要是進行壩基巖體固結灌漿加固處理措施可行性判斷，為灌漿施工提供適宜的灌漿材料、漿液設計比、灌漿孔間距、孔深、注漿壓力等參數(shù)取值，最后通過孔內壓水試驗、卸荷試驗等進行灌漿處理后巖體結構質量改善程度的分析，為固結灌漿施工方案優(yōu)化設計提供依據[1]。

3 灌漿試驗過程及結果分析

3.1 灌漿量分析

根據對碧湖水庫壩基固結灌漿試驗結果的統(tǒng)計與分析，所選取的兩個試驗區(qū)灌漿量存在較大差別，兩個試驗區(qū)灌漿量試驗結果比較，見表1。

表1 兩個試驗區(qū)灌漿量試驗結果比較

根據對不同試驗區(qū)試驗結果的比較發(fā)現(xiàn)，兩個試驗區(qū)巖體的可灌注性均較好，但缺乏均一性，表明區(qū)域內巖體存在結構及質量等方面的差異。相比較而言，試驗區(qū)S1巖體吃漿量更大，這也與區(qū)域巖體結構特征基本吻合。

3.2 灌漿量影響因素

3.2.1 灌漿序次

根據表1碧湖水庫壩基固結灌漿量試驗結果，灌漿序次是影響單位灌漿量的主要因素之一，兩個試驗區(qū)單位灌漿量均隨灌漿序次的增加而迅速遞減：試驗區(qū)S1內序次Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所對應的單位灌漿量分別為967.12kg/m、422.14kg/m、223.66kg/m；試驗區(qū)S2內序次Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所對應的單位灌漿量分別為447.39kg/m、155.97kg/m、113.43kg/m。充分說明，在序次Ⅰ孔結束灌漿后試驗區(qū)內大部分裂隙均得到充填、延伸和擴散，在序次Ⅱ孔灌漿后灌注效果進一步加強，序次Ⅲ孔所耗費單位灌漿量最少。

3.2.2 結構面

通常情況下，斷層、擠壓破碎帶、陡傾角裂隙等單位灌漿量較大的試驗段巖體均具有發(fā)育的構造形跡，碧湖水庫壩基固結灌漿所選試驗段結構面屬于受灌巖體中較為吃灰的結構面，且試驗區(qū)S2巖體內存在發(fā)育斷層且分布位置較高，導致其結構面比試驗區(qū)S1發(fā)育，巖體卸荷程度也高。

但結合地勘資料看，碧湖水庫壩基鉆孔巖芯獲取率不高，反應巖石強度及破碎程度的RQD值[2]也偏低，所以對具體結構面單位耗漿量歲灌漿序次變化的變動情況存在一定分析難度，文章只能做出整體上的分析與評價。試驗區(qū)S2內埋深10m以內淺部的小斷層雖然灌漿壓力小，但單位耗漿量均較大，從上至下總耗漿量和單位耗漿量分別在13380-48882kg及113.43-447.39kg/m范圍變動，表明斷層帶具有較好的可灌注性，通過固結灌漿加固處理切實可行。

對于同一測孔內存在陡傾角裂隙發(fā)育上下段的情況下，上段單位耗漿量比下段大，說明陡傾角裂隙具有較好的連通性，下部結構面能得到充分的灌注與填充。

3.3 巖體透水率分析

灌漿試驗結束后在兩個試驗區(qū)設置檢查孔，進行壓水試驗檢查，壓水試驗結果，見表2。

表2 壓水試驗結果

由表2試驗結果可知，試驗區(qū)S1灌漿后檢查孔內巖體的透水率<3Lu的區(qū)間段數(shù)為16段，在總試驗段數(shù)中占比88.89%，巖體透水率3-6Lu和6-10Lu的區(qū)間段均為1段，分別占5.55%，符合固結灌漿試驗相關規(guī)范；試驗區(qū)S2灌漿后檢查孔內巖體的透水率>10Lu的區(qū)段在總試驗段中占比62.5%，巖體透水率較大，不符合灌漿試驗規(guī)范要求。

3.4 灌漿效果及巖體質量分析

3.4.1 測試方法

采用地球物理測試方法進行灌漿效果和巖體質量改善情況的檢查，具體而言，在水耦合情況下采用聲波測試儀及地震儀進行試驗區(qū)內測孔灌漿前及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔單孔聲波測試以及兩孔間巖體地震波測試。其中，單孔聲波測試采用兼具發(fā)射、接收還能裝置的一發(fā)雙收測試探頭，按照20cm間距設置測試點并由下至上逐個點測試；兩孔間巖體地震波測試則在同一孔內按1.0m間距設置12道串聯(lián)檢波器，在另一孔內按2.0m間距設置激發(fā)點檢測，完成后兩孔互換。文章所進行的單孔聲波測試結果能基本反應測試區(qū)域測孔周圍巖體質量及結構面情況[3]。

3.4.2 測試結果分析

測試結果表明，兩個試驗區(qū)內單孔聲波波速和兩孔間巖體地震波波速均隨灌漿序次增加而提升。試驗區(qū)S1內灌漿前檢查孔及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔巖體聲波波速均值分別為3340m/s、3660m/s、4320 m/s和4650m/s，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔巖體聲波波速分別比灌漿前檢查孔巖體聲波波速提升了9.58%、29.34%及39.22%；孔間巖體灌漿前及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔灌漿后地震波縱波平均波速分別為2340m/s、2870m/s、3560m/s、3980m/s，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔灌漿后分別比灌漿前波速提升了13.2%、36.5%和52.3%。

試驗區(qū)S2內由于部分測孔存在漏水情況，聲波測試雖順利進行，但結果準確性有待進一步驗證。灌漿前檢查孔及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔巖體聲波波速均值分別為2470m/s、3580m/s、3840 m/s和4110m/s；孔間巖體灌漿前及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔灌漿后地震波縱波平均波速分別為1640m/s、2150m/s、2720m/s、2800m/s。

根據地震波測試結果，巖體地震波縱波波速雖灌漿序次增加而提升，表明兩個試驗區(qū)內Ⅰ、Ⅱ序次孔灌漿后其巖體內裂隙已基本得到灌注和填充，Ⅲ序次孔的灌漿對剩余細微裂隙進一步加密補灌，灌漿效果較為明顯。

4 結 論

考慮到碧湖水庫壩基區(qū)域巖層主要為夾雜少量灰?guī)r的粉砂質泥灰?guī)r，巖體存在較大的風化卸荷深度，且結構面發(fā)育，具備良好的連通性，所以本試驗選用DGH.SRC抗硫酸鹽水泥灌漿材料，試驗結果表明，本次試驗根據壩址巖體特征、卸荷程度等所確定的2:1、1:1、0.8:1、0.6:1四個等級的水灰比灌漿漿液較為科學，試驗結果也證實了固結灌漿對巖層結構加固具有顯著作用，所獲得的試驗數(shù)據可用于碧湖水庫壩基固結灌漿設計施工。