锦屏一级水电站坝基煌斑岩脉及f_(18)断层水泥-化学复合灌浆效果

水电站设计　Ｄ　Ｈ　Ｐ　Ｓ　第３１卷第２期　

２　０　１　５年６月　

锦屏一级水电站坝基煌斑岩脉及ｆｉ８断层　水泥一化学复合灌浆效果综合评价　

舒建平，李小波，杨静熙　（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都６１００７２）　

摘要：锦屏一级水电站拱坝右岸靠河床坝基发育一条宽３．０～５．０　ｍ煌斑岩脉，斜穿建基面，上盘伴生ｆ　断层，宽０．３—０．５　ｍ。　煌斑岩脉及断层带内组成物质多弱～强风化，较破碎，岩体强度低、抗变形能力较差，透水性较强、抗渗透破坏能力差，成为坝基一　个较大规模的地质缺陷，必须采取可靠的处理措施，才能满足高拱坝坝基强度、抗变形和渗透要求。通过水泥一化学复合灌浆处　理，煌斑岩脉及ｆ　ｓ断层岩体强度、变模等力学性能得到明显提高，透水率显著降低，大坝蓄水后监测成果表明，坝基变形较小，高水　头作用下坝后未出现渗水现象。水泥一化学复合灌浆对煌斑岩脉及ｆ，　断层处理效果明显、可靠，灌后各项指标均达到了设计要　求，满足了大坝及帷幕抗变形和渗透要求。　关键词：煌斑岩脉；ｆ。　断层；地质缺陷；复合灌浆；效果评价　中图分类号：ＴＶ５４３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００３—９８０５（２０１５）０２—００５３—０４　

０前　言　锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐　源县和木里县境内，雅砻江下游梯级龙头水库。坝　型为混凝土双曲拱坝，坝高３０５　ｍ，为世界第一高拱　坝，坝顶高程１　８８５　ｍ，水库总库容７７．６亿ｍ　，装机　容量３　６００　ＭＷ，年发电量约１７０亿ｋＷ・ｈ　１１。目　

前，大坝浇筑全部完成，首台机组于２０１３年８月成　功实现发电，电站运行正常。　前期勘探预测、施工开挖揭示右岸河床坝基１５　

～１７号坝段高程１　６０５（坝趾）～１　５８３　ｍ（坝踵），发　育一条煌斑岩脉，斜穿建基面，上盘伴生ｆ　断层，见　图１。煌斑岩脉宽３．０～５．０　ｍ，较破碎，以弱风化为　主，局部强风化，岩体强度低，抗变形能力差；ｆ　断层　宽０．３—０．５　ｍ，主要由无胶结的片状岩、碎裂岩组　成，沿断层面分布５～５０　ｍｍ厚的连续灰～灰绿色　断层泥。　煌斑岩脉及ｆ　断层斜穿建基面，岩体较破碎，　强度低，抗变形能力差，不能满足高拱坝大坝变形要　求，需要进行专门处理。同时，煌斑岩脉及ｆ　断层　贯穿建基面，与水库连通，煌斑岩脉较破碎，透水性　较强，遇水易软化，ｆ　断层带组成物质破碎无胶结，　且沿断层面分布５～５０ｍｍ厚的连续断层泥，水库　

长期正常运行在近３００　ｍ高水头下，煌斑岩脉及ｆ　。　断层坝基可能发生渗透破坏，严重影响大坝安全运　行，需要进行防渗的专门处理。鉴于煌斑岩脉及ｆ　断层的较大规模和较差的工程地质性状，必须采取　可靠的工程处理措施，才能满足高拱坝坝基强度、抗　变形和渗透要求。针对其特征，设计和施工中采取　在坝基混凝土置换处理、坝基以下加密水泥灌浆处　理和水泥一化学复合灌浆补强处理，最终处理效果　基本满足抗变形、抗渗要求　。　锦屏一级水电站煌斑岩脉及ｆ　断层坝基较大　

收稿日期：２ｏ１４—０８—２２　作者简介：舒建平（１９６１一），男，四川自贡人，高级工程师，从事水利水电工程地质工作。　

５３　规模的地质缺陷，不能满足高拱坝大坝抗变形和抗　渗透变形要求，针对地质缺陷的工程地质性状特征，　采用混凝土置换和水泥一化学复合灌浆补强处理，　达到了预期的处理效果，处理措施具有较强的推广　价值。本文介绍的水泥～化学复合灌浆设计原理和　处理效果，旨在为类似问题处理提供参考。　

１　水泥一化学复合灌浆原理和设计　１．１　水泥一化学复合灌浆原理　水泥一化学复合灌浆是在普通水泥灌浆与化学　灌浆的技术基础上发展起来的新技术。它是先采用　较细颗粒的水泥浆液充填灌浆对象中的较大孔隙，　形成承载骨架，再采用溶液状的化学浆液经过长时　间浸润、渗透以及改性固化进入灌浆对象中的微小　裂隙，从而将普通水泥灌浆价格低、结石强度高和化　学灌浆超强的可灌性优点综合利用，达到安全、经济　的目的　一　。　１．２水泥一化学复合灌浆设计　煌斑岩脉及ｆ　。断层的水泥一化学复合灌浆是　在其坝基置换混凝土预留灌浆廊道内进行，灌浆孔　垂直于廊道轴线共布置２１环，每环６个孔，环间排　距为２　ｍ，环内孔距为０．５　ｍ。水泥灌浆采用细水泥　浆液，化学灌浆材料采用环氧树脂。灌浆前应对环　氧树脂、活性稀释剂、固化剂、表面活性剂的品种及　其用量进行室内研究。　当灌前压水试验透水率小于１．０　Ｌｕ，直接进行　化学灌浆；当灌前压水试验透水率大于１．０　Ｌｕ，先　进行细水泥灌浆，在满足透水率小于１．０　Ｌｕ后，方　可进行化学灌浆。水泥～化学复合灌浆可根据现场　情况采用“自上而下分段钻灌”或“一次成孔、自下　而上分段灌浆”，水泥灌浆采用循环式灌浆，化学灌　浆采用纯压式灌浆。环问和环内均分为２序，灌浆　分段及压力见表１、２。　表１　水泥灌浆分段及灌浆压力　段次　第１段　第２段　第３段　第４段及以下　段长／ｍ　２　３　６　６　水泥灌浆压力／ＭＰａ　１．２～１．５　２．５～３．５　３．５～４．５　５．０　表２化学灌浆分段及灌浆压力　水泥灌浆在最大设计压力下，注入率不大于１　Ｌ／ｍｉｎ，继续灌注６０　ｍｉｎ，可结束灌浆。化学灌浆在　设计灌浆压力下，注入率不大于０．Ｏ１　Ｌ／ｍｉｎ后持续　灌浆４　ｈ，可结束灌浆，每段的灌浆时间不得小于２４　５４　ｈ，待凝时间为３６　ｈ。化学灌浆完成后，采用０．５：１　水泥浓浆自下而上分段进行纯压式灌浆封孑Ｌ。　２水泥一化学复合灌浆检测及效果综　合评价　煌斑岩脉及ｆ　断层水泥一化学复合灌浆完成　后，为检查灌浆后效果，获取灌浆后岩体强度、变形　模量、透水性等指标，开展了大量钻孔全景成像、单　孔声波、钻孔变形模量及压水试验检测工作，取得了　大量检测资料，并对检测成果进行了灌浆前后的对　比分析，以评价复合灌浆效果。　２．１钻孔全景图像对比分析评价　对煌斑岩脉及ｆ　断层水泥一化学复合灌浆前　后开展了钻孔全景图像检测，由于图像内容较多，本　文仅展示少量典型的煌斑岩脉及ｆ　断层灌浆前后　钻孔全景图像进行对比，见图２。　通过图２煌斑岩脉及ｆ　断层复合灌浆前后全　景图像对比分析，可以得出以下结论：　（１）水泥灌前，脉体中裂隙发育，张开，见空缝，　局部见孔壁掉块呈空腔，岩体破碎；　（２）水泥灌后，脉体中的裂隙有明显水泥结石　充填，孑Ｌ壁完整性略好，但脉体中仍有较多张裂隙，　局部仍有塌孔现象；　（３）化学灌后，脉体及ｆ　断层影响带中裂隙被　浆材充填密实，细微裂隙也可见充填，脉体完整性较　好，孔壁多完整、光滑；　（４）煌斑岩脉及ｆ　断层水泥一化学复合灌浆对　水泥和化学浆液的可灌性较好。　２．２　单孔声波测试成果对比分析评价　对煌斑岩脉及ｆ　。断层水泥一化学复合灌浆前　后进行了１　２６１　ｍ／３８孔的单孔声波检测，其波速分　段统计见表３。　根据复合灌浆前后波速分段统计表可得出如下　结论：　（１）水泥灌前、水泥灌后、化学灌后，岩脉及断　层的单孑Ｌ声波平均值依次为４　８２２　ｍ／ｓ、５　０６４　ｍ／ｓ、　５　２５７　ｍ／ｓ，呈现较明显的提高趋势，并且其中小于　３　８００　ｍ／ｓ低波速比例明显减少，复合灌浆后波速　平均值提高约１０％；　（２）复合灌浆后岩脉及断层的波速主要分布在　５　０００　ｍ／ｓ以上，表明复合灌浆对提高破碎岩脉、断　层破碎带完整性、均一性的效果明显。　２．３　钻孔变形模量测试成果对比分析评价　对煌斑岩脉及ｆ　断层水泥一化学复合灌浆后　进行了６２点（分别在７个孔内）钻孔变形模量检　（３）化学灌浆后透水率９９％小于０．５　Ｌｕ，属微　透水；　（４）水泥一化学复合灌浆显著提高了煌斑岩脉　及ｆ。　断层的完整性、紧密程度，大大降低了其透水　性，满足了坝基及帷幕的抗渗要求。　

３结论与认识　２０１２年１１月锦屏一级水电站导流洞下闸水库　蓄水后的各项监测成果显示，坝基变形较小，高水头　作用下坝后未出现渗水现象，帷幕运行正常，这些事　实证明，锦屏一级水电站右岸河床坝基煌斑岩脉及　ｆ　断层采取水泥一化学复合灌浆处理效果明显、可　靠，满足了大坝抗变形和渗透要求，对水泥一化学灌　浆有以下几点结论与认识：　（１）通过对煌斑岩脉及ｆ　断层的水泥一化学复　合灌浆后，破碎岩体裂隙得到了有效充填，岩脉和断　层岩体单孔声波达到５　２５７　ｍ／ｓ，小于３　８００　ｍ／ｓ的　低波速比例仅占０．７４％，钻孔变形模量平均值达到　１３．７５　ＧＰａ，岩体透水率均小于０．５　Ｌｕ，属微透水，全　部达到设计要求，复合灌浆效果好。　（２）煌斑岩脉及ｆ　断层的水泥一化学复合灌浆　施工完成后，水库蓄水至１　８４０　ｍ高程，大坝帷幕运　行正常，监测成果表明帷幕渗压与渗流均处于规范　和设计允许范围，说明复合灌浆效果好，但其长期在　

３００　ｍ高水头下的耐久性还有待时间的检验，建议　对煌斑岩脉及ｆ　断层继续进行监测，并定期进行适　当检测，查明复合灌浆后的煌斑岩脉及ｆ　断层在高　水头长期作用下的变化情况与趋势，准确评价对大　坝及帷幕的影响。　（３）水泥一化学复合灌浆效果受灌浆对象岩性　和性状的影响较大。通过对锦屏一级工程煌斑岩脉　及ｆ　断层、ｆ２断层的水泥一化学复合灌浆研究　发　现，化学浆液具有较强的渗透能力，对０．０１　ｍｍ以　上的微小裂隙均能较好充填，因此对节理裂隙较为　发育的岩体有较好的效果，而对节理裂隙不发育的　岩体填充和黏结效果较差。建议在类似水泥一化学　复核灌浆前对灌浆对象的岩性和微观细部结构进行　辨别，根据辨别结果采取适当的复合灌浆工艺。　

参考文献：　［１］　国家电力公司成都勘测设计研究院．锦屏一级水电站可行性　研究报告［Ｒ］．２００３．　［２］　中国水电顾问集团成都勘测设计研究院．锦屏一级水电站右　岸坝基ｆ１８断层及煌斑岩脉化学灌浆效果评价报告［Ｒ］．２０１２．　［３］　葛家良．化学灌浆技术的发展和展望［Ｊ］．岩石力学与工程学　报，２００６，（增２）：３３８４—３３９２．　［４］　孙钊．大坝基岩灌浆［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００４：　２—５．　［５］郝明辉，党玉辉，姚欣，等．水泥一化学复合灌浆在断层补强　中的应用效果评价［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１３（１１）：　２２６８—．２２７４　

（上接第９页）　表３初步设计阶段与优化设计阶段泄水建筑物特征对比　

５６　６结　论　

苍溪航电枢纽工程具有水头低的特性，为水力　自控（液控）翻板门在枢纽布置中的应用提供了有　利条件。　（１）苍溪航电枢纽工程泄水建筑物优化调整　后，枢纽的功能保持不变，仍然能渠化航道、改善航　运条件和发电。　（２）通过泄洪计算，采用“３孔泄洪冲沙闸＋２３１　ｍ翻板坝”能满足两年一遇、十年一遇等标准洪水　的淹没要求，设计洪水及校核洪水均有所下降；枢纽　泄流能力通过西南水运科学研究所整体水工模型试　验进行了验证，满足泄流能力要求；　（３）翻板坝在各工况下的稳定及应力均满足规　范要求；　（４）水库运行及闸门开启方式的拟定综合考虑　了泄洪冲沙闸和水力自控（液控）翻板门的特性，为　工程的安全、可靠运行提供了保障。　（５）枢纽布置采用水力自控（液控）翻板门将为　苍溪航电枢纽工程节省投资约１亿元。