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。......
2023-11-04
新安江大坝坝基固结灌浆补强处理方法
【摘要】：新安江大坝坝基岩石岩性软硬相同，石英砂岩、乌桐石英砂岩及千里岗砂岩质坚而脆，页岩质软弱，节理发育，地质构造复杂。固结灌浆补强处理设计与施工。2）固结灌浆补强孔布置。由于灌浆廊道内固结灌浆施工，极易堵塞排水孔、增大扬压力，不利坝体抗滑稳定，因此，固结灌浆补强孔布置在除灌浆廊道外的已有廊道及宽缝内。在4～5号坝段宽缝内固结灌浆补强孔沿上、下游方向间距3m，坝轴线方向布置三排，排距2.6m。
（1）工程概述。新安江水电站大坝位于浙江省建德市铜官峡谷的新安江上，枢纽采用混凝土宽缝重力坝、坝后式厂房、厂房顶溢流式布置，主要建筑物原设计标准为Ⅰ等1级，设计、校核洪水标准为千年一遇和万年一遇加安全保证值。大坝顶长466.5m，最大坝高105.00m，坝顶高程115.00m。大坝自右至左共分26个坝段，坝轴线呈折线，两岸折向上游。右岸0号至6号坝段为挡水坝段，河床7～16号坝段为溢流坝段，左岸17～25号坝段为挡水坝段。电站以发电为主，兼顾防洪、航运、养殖、旅游等综合利用要求，在华东电网中担负调频、调峰、事故备用等任务，对电网的安全、稳定运行起着重要作用。
新安江大坝坝基岩石岩性软硬相同，石英砂岩、乌桐石英砂岩及千里岗砂岩质坚而脆，页岩质软弱，节理发育，地质构造复杂。其中2号、3号坝段基岩为石英砂岩夹页岩，石英砂岩质坚而脆节理发育，页岩质基软弱分布数量多，厚度自数厘米至数十厘米，坝基两条厚达2～3m的厚层页岩也出露在本区段，靠下游的厚层页岩被N65°ENW∠68°F。逆断层错断，错距约3m，断层破碎带宽0.2～0.3m，地质构造复杂、岩体完整性差，部分页岩已软化、泥化；4号至6号坝段地层为下石炭幻乌桐石英砂岩夹页岩。从8坝段出露的F1逆断层产状N30°～45°ENW∠50°～52°，向南西延伸至5号坝段以北，断层上盘全是风化破碎的乌桐石英砂岩；下盘则是较新鲜坚硬的千里岗砂岩，断层破碎带一般宽0.2～0.3m，向北东延伸宽达2m（已在坝外），断距可达20m以上，为坝基最大的一条断层。该断层从4号至6号坝段地基以下通过；7号坝段西北角F1逆断层盘有一小部分乌桐石英砂岩外，其余全是千里岗砂岩，两者接触带即F1断层。F1逆断层破碎带宽0.2～0.3m，向北东延伸坝外，破碎宽度增至0.5～2.0m。8号坝段基础还分布近南北向F81平移断层，在分叉处岩石较破碎，充填2～30cm厚的泥质与角砾岩。北西向节理发育。
新安江水电站大坝自1960年建成运行以来，于20世纪90年代首期定期检查发现，于右岸坝段下的基岩中，页岩夹层共有23条，存在着不同程度的软化与泥化现象；21世纪开始进行第二次定期检查时，专门对坝基sh1、sh2页岩补充勘探检查，结果表明坝基现存的地质缺陷有所恶化，勘探孔分别出现不同程度的坍塌淤积现象，钻孔岩心破碎，反映出大坝经过近50年的运行，在地下水的长期侵蚀下，页岩尤其是薄层页岩有缓慢泥化和软化发展趋势，从而降低了地基的承载力及抗剪强度参数。
对右岸坝体抗滑稳定的敏感性分析表明，提高混凝土与基岩完好结合面的面积可以改善坝体抗滑稳定条件。增大混凝土与基岩凝聚力c'值，能提高抗滑稳定安全系数。c'值每提高0.1MPa，安全系数增长率约为0.285（沿坝轴向）、0.365（上下游向）、0.215（合力方向）。
《新安江水电站大坝第二次定期检查报告》对今后工作的意见和建议中指出：“2号、3号坝段基础厚层页岩含有少量亲水矿物，地下水呈弱酸性腐蚀，在坝基渗水活动频繁部位，可能加剧页岩的泥（软）化趋势。从大坝的长治久安计，对坝基页岩进行防护、处理，确保大坝安全，还是必需的；可根据对页岩进行防护、处理的目的性，选定处理方案，适时进行处理。”
（2）固结灌浆补强处理设计与施工。
1）固结灌浆补强孔设计基本原则。在大坝已经完全建成且水库已经蓄水的情况下，布置固结灌浆有一定的难度，经分析研究，结合现场和固结灌浆施工需要，拟定以下原则：
①利用原灌浆廊道、排水廊道、检查廊道、交通廊道及宽缝等对坝基进行固结灌浆，以减少混凝土内钻孔长度。布孔位置宜尽量减免对坝基扬压力的影响，并采取相应的工程措施，降低补强灌浆带来的不利影响；
②考虑到原坝基已经过了固结灌浆，且地下水对水泥有溶出性破坏，灌浆材料采用超细或磨细强度数42.5的耐蚀硅酸盐水泥；
③在较陡的1号基础排水廊道内的补强固结灌浆孔深入基岩面以下5m（风钻），在宽缝及其他廊道内的补强固结灌浆孔深入基岩面以下8m（机钻）；
④孔深为5.0m的补强固结灌浆孔，除岩石特别破碎或灌浆注入率特别大者，一般可做全孔一次灌注。孔深为8.0m者，应自上而下分段灌注；
⑤为有利施工期坝体的安全和多灌入浆液，宜增加灌浆压力。经灌浆试验，固结灌浆补强孔压力，第Ⅰ段可为0.5MPa，第Ⅱ段为0.8MPa。
2）固结灌浆补强孔布置。固结灌浆补强孔布置应在满足设计要求条件下，充分考虑已建坝的特点，利用现有的坝体内空间，考虑施工便利，同时以尽量不增加原坝基扬压力为原则。
由于灌浆廊道内固结灌浆施工，极易堵塞排水孔、增大扬压力，不利坝体抗滑稳定，因此，固结灌浆补强孔布置在除灌浆廊道外的已有廊道及宽缝内。在高程85m检查廊道、高程61m检查廊道斜坡段、高程38m检查廊道斜坡段，固结灌浆补强孔布置在廊道上、下游方向各一排，上、下游固结灌浆补强孔各距上、下游廊道壁0.4m，固结灌浆补强孔沿坝轴线方向水平间距2.5～3m，三角形布置。上游排固结灌浆补强孔垂直廊道基底造孔，下游排固结灌浆补强孔向下游侧倾5°角度造孔（见图8.9）。
图8.9 固结灌浆补强孔典型布置（单位：cm）(www.chuimin.cn)
在3号坝段的70m高程交通廊道包含通向坝下出口的廊道和与坝轴平行的廊道。通向坝下出口的廊道内，廊道左、右侧各布置一排固结灌浆补强孔，各距左、右侧廊道壁0.4m，左、右侧固结灌浆补强孔分别向左、右侧各倾15°角度造孔，廊道内上、下游方向水平间距2.5m，三角形布置。在3号坝段与坝轴平行的廊道内，上、下游方向各布置一排固结灌浆补强孔，沿坝轴线方向水平间距2.5m，上游排固结灌浆补强孔垂直廊道基底造孔，下游排固结灌浆补强孔向下游侧倾15°角度造孔，三角形布置。在4～5号坝段宽缝内固结灌浆补强孔沿上、下游方向间距3m，坝轴线方向布置三排，排距2.6m。靠4号坝段侧（右岸方向侧）的一排固结灌浆补强孔，在离回填混凝土基面高0.4m处往右岸方向倾25°角度造孔，中间的一排垂直造孔，靠5号坝段侧的一排固结灌浆补强孔，在离回填混凝土基面高0.4m处往河床方向倾10°角度造孔。井字形布置，深入基岩深度8m。
其余坝段和宽缝内固结灌浆补强孔布置与3号坝段和4～5号坝段宽缝内基本类似。
以上廊道固结灌浆补强孔孔深除1号基础排水廊道深入基岩5m外，其他廊道内固结灌浆补强孔均深入基岩8m。
以上固结灌浆补强孔孔径φ75～φ91mm。终孔孔径不小于φ75mm。
3）主要施工技术要求。
①考虑到大坝施工期，坝基已经过固结灌浆，现为补强性质，可灌性没有施工期好，且本地区地下水对水泥有溶出性侵蚀，采用耐腐蚀磨细灌浆水泥，即掺15%～20%矿渣粉的强度系数为42.5的磨细硅酸盐水泥，比表面积要求达到9000cm2/g，有关水泥的技术要求与生产厂家协商后进一步确定；
②在设计压力下，灌浆注入率不大于0.4L/min，延续30min，即可结束该段固结灌浆；
③封孔采用压力灌浆封孔法，在同段灌浆压力下，灌注0.6∶1的浓浆；
④固结灌浆检查孔数量为固结灌浆补强孔总孔数的10%。
（3）固结灌浆补强效果。
经2～7号坝段坝基固结灌浆后压水试验与吸浆量检查（见表8.17），结果表明：
1）从19个孔、37段压水试验的各检查孔（段）压水情况看，均在设计透水率合格范围之内，灌浆质量合格。
2）检查孔共19孔，灌浆37段次，灌浆进尺149.20m，灌入水泥总量为1234.91kg。其中孔段最大单位耗灰量为13.10kg/m，对应孔段为检16号孔第一段；最小值为0.66kg/m，对应孔段为检13号孔第二段，平均单位耗灰2.46kg/m。从检查孔各孔（段）单位吸浆量看，检查孔灌浆单耗与固结灌浆孔相比有明显减少，说明各区段灌浆结束后，岩体节理裂隙得以有效充填。
表8.17 新安江水电站2～7号坝段坝基固结灌浆岩体透水率和单位灌浆量统计
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