水工程地质缺陷固结灌浆处理技术

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：水泥固结灌浆的施工工艺与第8.5.2条基本相同，只是个别采用的设备及材料略有调整，但不违背固结灌浆原则与要求。通过以上两方案对向家坝坝基地质缺陷作固结灌浆，获得表8.11至表8.16所示的灌浆前、后对比结果。因此，在实际施工展开时，结合工程地质条件和试验资料，坝基坝肩除固结灌浆处理外，应拟定多种基础和边坡处理方案，供施工时选择。

（1）工程概述。向家坝水电站位于四川省宜宾县与云南省水富县交界的金沙江下游，是金沙江梯级开发的最末一个梯级电站，总装机容量6000MW，设计正常蓄水位380.00m；工程开发任务以发电为主，同时改善通航条件，结合防洪和拦沙，兼顾灌溉，是一个具有综合效益的巨型水电站，系我国在建的三峡水利枢纽与溪洛渡水电站之后的第三大水工程。

枢纽建筑主要有拦河大坝、泄水建筑物、左岸坝后厂房、右岸地下厂房、左岸升船机等。拦河大坝采用混凝土重力坝，两岸岸坡坝段为避开 pagenumber_ebook=427,pagenumber_book=395 含煤（洞）岩组均采用向上游折转的布置方式，坝轴向折转角为54°，坝顶高程383.00m，最大坝高约161.00m，坝顶长度892.48m；泄水建筑物布置在河中偏右岸，由10个中孔和12个表孔组成；左岸坝后厂房和右岸地下厂房各安装4台750MW机组；一级垂直升船机布置于左岸，由上游引航道、上闸首、塔楼段和下段航道等组成。

坝址分布层主要为三叠系上统须家河的河湖相沉积的砂岩、粉砂岩、泥岩地层。大坝坐落在 pagenumber_ebook=428,pagenumber_book=396 组地层上。坝址的主干构造系煤湾倾伏背斜，背斜轴斜贯坝址，轴向310°～335°北东翼岩层倾向左岸偏下游，倾角一般为20°～30°，但在其核部北东侧存在陡倾带，岩层最大倾角80°左右，南两翼岩层倾向右岸，坝基内存在一定范围的Ⅲ2～Ⅳ类岩体，且在深度方向也有一定的分布。由于岩层呈膝状挠曲，节理裂隙发育，岩体完整性相对较差，对坝体的不均匀沉陷和深浅层抗滑稳定将产生一定的不利影响。

由于大坝基础均存在一定范围的Ⅲ2～Ⅳ类岩体，对坝体的不均匀沉陷和深浅层抗滑稳定将产生一定的不利影响。因此，在坝区附近相似坝基地质条件的右岸河床礁岛上进行固结灌浆处理，以提高坝基岩体质量。

（2）固结灌浆加固坝基地质缺陷方案。向家坝水电站大坝坝基主要地质缺陷表现为^[10]：

1）褶皱：背斜正置坝基河床，其背斜轴向NW，形态不对称。该背斜所在岩层产状变化大，背斜NE翼为350°/NE∠45°～55°，背斜SW翼为60°～80°/SE∠18°～22°，地层为三叠系上统须家河组。岩性以中粗粒砂岩为主，其中所夹软弱层有 pagenumber_ebook=428,pagenumber_book=396 亚岩组和层内的泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。岩性与岩相纵横向变化均较大，泥质岩石分布不稳定。

2）断层：坝址断层规模一般较小，河床部位F3断层基本沿背斜轴延伸，发育在背斜NE翼岩层产状变化带内，倾角74°，破碎带宽度3～6m；两岸所见断层短小，按走向方位大体上有NE和NW向2组，且以NE向为主，倾角50°～80°，破碎带宽度一般小于30cm，延伸长度多在100m之内；

3）层间错动带、节理裂隙：坝址层间错动带受岩性岩相控制， pagenumber_ebook=429,pagenumber_book=397 岩组属游荡性河流相沉积，泥质岩石分布在各旋回层顶部，呈透镜状、团块结核状夹于厚层砂岩中，分布不连续，从而决定了坝基岩体中软弱夹层厚度变化大、空间分布连续性较差。节理裂隙产状与倾伏背斜构造部位有关，两岸岩层分属背斜两翼，左岸的节理走向优势方位为NWW和NEE，右岸为NW和NE—NEE，河床礁滩部位主要节理走向为NNW；一般倾角高陡，缓倾角节理不发育。

4）风化带。坝址岩体风化特征主要是裂隙型和夹层型风化，表层风化带厚度与岩石类型和节理裂隙发育程度密切相关，两岸岩体水平风化深度见表8.10，河床基岩面附近一般为微风化，局部中等风化深度为15m。在各级风化岩体中，局部发育囊状风化包体。两岸边坡卸荷作用不强，卸荷裂隙主要继承构造节理发育，裂隙普遍张开并有次生泥质充填的卸荷深度一般小于40m；由于岩层倾向山内偏下游，两岸边坡稳定条件好。

表8.10　坝址两岸岩体风化深度统计表

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鉴于上述地质缺陷，向家坝坝基固结灌浆采用两方案即水泥固结灌浆和水泥/化学固结复合灌浆。

水泥固结灌浆的施工工艺与第8.5.2条基本相同，只是个别采用的设备及材料略有调整，但不违背固结灌浆原则与要求。

水泥/化学固结复合灌浆，沿用了国内尤其是参照长江三峡水利枢纽工程固结复合灌浆技术，主要采用普通水泥作细磨以减小水泥粒径，化学浆材为环氧树脂类浆。水泥/化学固结复合灌浆按照先施灌水泥浆后进行化学灌浆，而不是水泥与化学浆混合施灌。

（3）固结灌浆效果。通过以上两方案对向家坝坝基地质缺陷作固结灌浆，获得表8.11至表8.16所示的灌浆前、后对比结果。

结果表明：

1）向家坝水电站大坝基础Ⅲ2～Ⅳ类岩体固结灌浆前、后试验，通过现场岩体力学试验和超声波检测，各种测试手段所得成果相关关系较好，客观反映出岩体固结灌浆前、后的变化情况。

2）从灌浆前、后岩体抗剪试验成果看，灌后平均的岩体抗剪断强度参数较之灌前提高幅度f'值为17.6%，c'值为66.1%，岩体抗剪能力得以提高。这是由于灌浆处理后岩体结构面在浆液的充填、胶结等作用下，结构面的性质发生改变，提高了岩体抗剪强度指标，达到设计上所期望的指标要求，即岩体抗剪断强度指标（均值）f'≥0.93，c'≥0.90MPa。(www.chuimin.cn)

3）两试区灌后平均的岩体变形模量为3.42GPa，较之灌前提高幅度为51.2%；钻孔变形模量为2.59GPa，较之灌前提高幅度为52.0%；两试区灌前的破碎岩体和软弱夹层所测得的超声波速度较低，一般小于3500m/s；经固结灌浆处理后，岩体中层面、节理裂隙由于浆液的充填和固结的效果好，所测得的超声波速度较高，软弱夹层所测得的超声波速度较低。岩体的变形模量、钻孔变形模量以及超声波速都具有一定程度的提高。岩体的变形模量、钻孔变形模量以及超声波速都具有一定的规律性，且有较好的相关性。

4）大坝基础存在一定范围的Ⅲ2类和Ⅳ类岩体，节理裂隙发育，岩体完整性相对较差，对坝体的不均匀沉陷和深浅层抗滑稳定将产生一定的不利影响。因此，在实际施工展开时，结合工程地质条件和试验资料，坝基坝肩除固结灌浆处理外，应拟定多种基础和边坡处理方案，供施工时选择。

表8.11　灌浆前后Ⅲ2～Ⅳ类岩体/岩体抗剪（断）强度参数整理表

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