锦屏一级水电站基础工程灌浆检测技术及评价标准研究

丁陈奉 孙 云 何 刚 邓希贵

(1.四川中水成勘院工程勘察有限责任公司，四川 成都 610072；2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

锦屏一级水电站坝基岩体内存在f5、f8断层、煌斑岩脉等确定性软弱岩带，以及深卸荷作用形成的Ⅳ2级岩体，前期检测成果研究表明这些地质缺陷发育部位，岩体完整性差，抗变形能力弱，不能满足坝基抗变形要求。要确保大坝安全必须对左岸坝基岩体内的这些地质缺陷进行可靠的加固处理。

为增强坝基的均匀性和整体性，增强基础的承载能力，使建基面高应力能够均匀扩散至雄厚山体内，针对 f5、f8断层、煌斑岩脉等确定性软弱岩带，设计采用了混凝土垫座、地下开挖置换混凝土及灌浆处理措施。随着灌浆工作大面积的开展，采用多方法、多手段开展灌浆前后的测试对比研究，研究确定左岸抗力体岩体固结灌浆检测手段和验收标准，综合评价固结灌浆后左岸抗力体岩体质量的改善程度，对指导大坝基础处理工程施工和评价拱坝安全极为重要。

1 工程概况

锦屏一级水电站采用堤坝式开发，主要任务是发电。水库正常蓄水位 1880m，死水位 1800m，正常蓄水位以下库容77.65亿m3,调节库容49.1亿m3，属年调节水库。电站装机6台，单机容量600MW。

枢纽主要建筑物混凝土双曲拱坝，坝顶高程1885.00m，最大坝高305.00m，坝顶宽度16.00m，坝底厚度63.00m，厚高比0.207，弧高比1.811，坝体混凝土方量约474万m3；泄洪设施由坝身4个表孔、5个深孔、2放空底孔、坝后水垫塘以及右岸1条泄洪洞组成，采用坝后水垫塘消能；引水发电建筑物布置在右岸山体内，由进水口、压力管道、主厂房、主变室、尾水调压室、尾水隧洞组成。

坝址区由于河谷地形和地质条件的不对称，导致拱坝的应力、变形不对称，拱坝开裂风险极大；工程规模巨大、对坝基及两岸抗力体质量要求较高，岩体的整体性、变形模量、抗剪特性和抗渗特性直接关系到大坝的安全，大坝基础处理设计及施工是锦屏一级水电站工程关键的技术问题之一。为提高岩体的抗变形能力、均匀性以及抗渗性能，基础处理工程采取了、坝基固结灌浆、左右岸抗力体固结灌浆、抗剪传力洞、混凝土垫座及网格置换、防渗帷幕灌浆等一系列加固处理措施。

2 物探指标相关性研究

2.1 单孔声波与对穿声波的关系

综合前期勘察阶段、施工详图阶段完成的对穿声波、单孔声波对比检测取得了大量的数据，对坝基数据进行整理分析，整理施工详图阶段Vcp-Vp（对穿声波-单孔声波）关系见下式，单孔声波速度与对穿声波速度间的对应关系如下：

2.2 钻孔变模与单孔声波的关系

对两岸坝基及左岸抗力体的钻孔变模E0k初筛后的E0k-Vp数据对，作出散点图，舍去孤点或离散性大的数据点后，分别按大理岩、砂板岩、综合分别作E0k-Vp数据对散点图，见图1。

对锦屏一级水电站基础工程岩体Eok-Vp（钻孔变模-单孔声波）相关关系按式进行回归，回归分析后，大理岩、砂板岩、综合回归结果见表1。

图1 锦屏一级水电站基础工程岩体E0k-Vp（钻孔变模-单孔声波）关系

表1 锦屏一级水电站基础岩体E0k-Vp（钻孔变模-单孔声波）相关关系

表2 岩体钻孔变模E0k值与承压板变形模量Eo50值关系对比表

2.3 E050承压板变模值与单孔声波的关系

利用可研阶段Eo50承压板试验有配套单孔声波数据的39点，施工详图阶段灌排洞Eo50承压板试验有单孔声波测试的10点共49点，经过数据筛选，共得到29个有效Eo50－Vp数据对，作散点图见图2，按乘幂关系回归得到如下关系：

2.4 岩体承压板变形模量（E050）与钻孔变形模量（E0k）的关系

利用上述相关关系，利用各岩级单孔声波的分级界线分别计算变形模量（Eo50）值与岩体钻孔变模（Eok）值，对比成果见表2。

3 检测方法技术研究

基础固结灌浆作为一项隐蔽工程的处理，历年来均以钻孔芯样和压水试验成果来对工程处理质量进行评价，随着科技的发展，国内外目前涌现出大量新的物探检测技术方法针对固结灌浆效果进行评价，其中主要有单孔声波、对穿声波、钻孔全景图像、钻孔变模及地震波层析成像测试。在水电水利灌浆规范及工程物探规程中，对固结灌浆检测要求采用声波检测为主要方法，压水试验和钻孔变模测试为辅助方法。

国内已建和在建大型水电工程如二滩、小湾、溪洛渡等均采用单孔声波为主，辅以其他检测方法，综合评价固结灌浆质量，为工程验收提供依据。

通过对单孔声波、对穿声波、钻孔全景图像、钻孔变模及地震波层析成像检测技术原理、特征和适应性分析、整理，列举各检测方法优缺点见表2-1。

图2 锦屏一级水电站基础岩体变形模量与单孔声波实测E050-Vp关系图

表3 灌浆效果评价各种检测方法优缺点对比表

结合灌浆效果评价检测技术方法优缺点对比表（表 3）可知：单孔声波检测的广泛性、灵活性及科学准确性，确定以单孔声波为灌浆效果评价主要检测手段；同时结合钻孔全景图像反映的直观效应、钻孔变模表现的抗变形性能，地震波层析成像揭示的岩体整体完整性程度，确定以钻孔全景图像、钻孔变模为辅助灌浆效果评价手段；整体灌浆效果评价的同时，尤其针对基础处理灌浆工程特别关注的IV2级岩体或地质缺陷地段，同步增加对穿组测试和地震CT层析成像，以对穿组、CT层析成像资料作为特定指标参与灌浆效果评价。

通过对各灌浆效果评价技术方法的比对分析，形成一套以单孔声波为主，钻孔全景图像及钻孔变模为辅，对穿声波及地震波层析成像为特定检测指标的系统灌浆效果评价体系；评价体系中单孔声波、钻孔全景图像及钻孔变模系统反映灌浆单元整体灌浆效果，对穿声波指标反映IV2级岩体及特定地质缺陷灌浆效果，地震层析成像反映一定区域宏观灌浆效果，各检测技术资料的整合使得检测成果资料整体与局部有机结合，检测成果更客观、全面；且单孔声波、钻孔变模、对穿声波的定量指标与钻孔全景图像、地震波层析成像的定性指标完美整合，使得灌浆效果隐蔽工程的评价更科学、直观。

4 灌浆评价标准体系

左岸基础处理工程固结灌浆效果评价的标准主要综合考虑灌浆设计参数、各级岩体声波波速指标差异、灌浆工艺微观机理及生产性灌浆试验成果等因素而制定。

4.1 灌浆设计参数

左岸抗力体固结灌浆总体上分为主灌浆区和控制灌浆区。将各高程主灌浆区边界一定范围的区域划为控制灌浆区，要求控制性灌区内采用低压浓浆并且需在主灌浆区灌浆前实施。根据灌浆压力参数，将左岸抗力体灌浆分为高压、中压及低压灌区。其中 1785m高程以下的主灌浆区为高压灌浆区，1785m高程以上的主灌浆区为中压灌浆区，各高程控制灌浆区以及近边坡部位的灌浆区为低压灌浆区。考虑灌浆压力参数的不同，分别针对高、中、低压灌区制定各自灌后检测标准。

4.2 各级岩体声波波速差异

结合岩体声波波速分析成果，Ⅱ级岩体声波波速范围 5240～5854m/s（小值平均值～平均值，下同），其中波速大于5500m/s的占83.2%，波速小于4500m/s的占 5.9%；Ⅲ1级岩体声波波速范围3935～5113m/s，其中波速大于 5500m/s的占45.83%，波速小于 4200m/s的占18.1%；Ⅲ2级岩体声波波速范围值 3869～4933m/s，其中波速大于4800m/s的占69%，波速小于3800m/s的占13.36%；Ⅳ2级岩体声波波速范围值 2744～3932m/s，其中波速小于3500m/s的占36.8%。由于各级岩体声波波速特征的差异性，灌浆处理过程中，各级岩体力学性能改善程度也不一样，因此，针对各岩性、岩级岩体差异化制定各各自灌后检测指标。

4.3 灌浆工艺微观机理及生产性试验成果

灌浆施工工艺其本身无法改变岩块力学性能，而是通过对岩体裂隙的充填，提高岩体整体完整性，从而达到改善岩体力学性能的目的。研其微观机理，主要表现为张开～微张裂隙的浆液充填；而在岩体声波指标方面，主要表现在张开裂隙的低波速明显提高。

生产性灌浆试验成果表明：III1级岩体由于岩体自身均一，岩体声波波速较高，灌浆处理后，其岩体整体声波波速提高率一般为3%～5%，结合灌浆工艺微观机理，其岩体声波波速提高主要集中在低波速孔段（裂隙发育孔段）。整体考虑左岸基础处理工程开挖阶段III1级岩体波速小于4400m/s的测点占13.92%，灌浆处理后，低波速段岩体声波波速比例提高约10%,从而制定III1级岩体灌后小于4400m/s测点比例降至 5%；岩体声波波速大于5200m/s比例大于85%主要依据III1级岩体自身岩体均一、完整性而制定。其他各级岩体均类比III1级岩体灌后检测标准而确定。

综合上述灌浆设计参数、各级岩体声波波速指标差异、灌浆工艺微观机理及生产性灌浆试验成果，总结左岸抗力体灌浆检测标准如下。

（1）高压灌浆区、中压灌浆区和低压灌浆区各灌区灌后检测见表4～6。

在断层、煌斑岩脉的IV2级岩体中进行灌后对穿声波检测，其灌后声波波速检测指标见表7。

以上固结灌浆分区具体布置以施工图或设计通知为准。

表4 左岸抗力体灌浆处理后高压区岩体检测指标

表5 左岸抗力体灌浆处理后中压区岩体检测指标

表6 左岸抗力体灌浆处理后低压区岩体检测指标

表7 左岸抗力体灌浆处理后Ⅳ2岩体对穿声波检测指标

（2）左岸抗力体灌后岩体质量检测以声波波速为主、透水率为辅，必要时结合钻孔变模和钻孔全景图像综合评定。

（3）声波速度测点以每个检查孔为单位进行统计，每个单元检查孔的合格率应≥90%，且不合格的孔不集中。

（4）每个单元检查孔压水试验合格率应≥85%，不合格孔段的透水率不超过设计规定的150%，且不集中。

（5）左岸抗力体范围的断层破碎带、强风化煌斑岩脉、层间挤压错动带等不参加物探成果统计；断层影响带、弱风化以及微～新煌斑岩脉均按所在灌浆区的指标进行检测。

5 结 论

锦屏一级水电站基础处理工程固结灌浆效果评价标准是经过大量试验、科学分析、系统总结取得的。综合分析开挖阶段各物探检测指标与岩体质量等级的相关性，明确物探检测指标与岩体质量等级的对应关系，确定灌浆效果物探指标量化的科学性及合理性；通过检测工作的可操作性、高效性、经济性等方面选择合适的灌浆效果评价检测技术、方法；最终结合生产性灌浆试验和开挖阶段检测成果，综合考虑灌浆设计参数、各级岩体物探指标的差异性及灌浆工艺微观机理等因素制定相应灌浆效果评价标准。

基础工程开挖阶段，通过大量物探测试成果，客观、科学的建立了各级岩体与物探指标的相关关系。钻孔全景图像成果客观定性反应隐蔽部位岩体质量等级，单孔声波波速、对穿声波波速、承压板变模值、钻孔变模值作为定量指标反应岩体质量等级；以岩体质量等级为基准，综合单孔声波、对穿声波、承压板变模值、钻孔变模值各物探检测相关关系，为灌浆效果物探指标的量化奠定基础。

施工质量检测过程中，单孔声波测试检测范围广、检测过程紧凑、成果直观可靠，且结合其与岩体钻孔变模、承压板变模的相关关系，单孔声波波速值能间接反映岩体力学指标。钻孔全景图像客观展现隐蔽工程真实面貌，但其检测成果定量性相对较差，钻孔变模直观反映岩体力学性能，但检测工作布置受到一定限制。分析研究确定单孔声波检测为灌浆效果评价主要检测手段；钻孔全景图像及钻孔变模为辅助方法，对穿声波及地震波层析成像为特定检测指标的系统灌浆效果评价体系。

通过生产性灌浆试验，从灌浆设计参数、各级岩体与物探指标的相关性、灌浆工艺微观机理等方面总结锦屏一级水电站基础工程灌浆效果评价体系、标准，对灌浆隐蔽工程质量意义深远，为工程安全运行提供科学保障。

[1] 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院.四川省雅砻江锦屏一级水电站可行性研究报告[R].成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,2004

[2] 成都勘测设计研究院.四川省雅砻江锦屏一级水电站左岸边坡及大坝建基面关键技术咨询报告[R].成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,2008

[3] 邹丽春,喻建清,李青.小湾拱坝设计及基础处理.水利发电,2004,30(10):21～23

[4] 赵永刚.锦屏一级高混凝土拱坝基础处理研究.武汉:武汉大学,2003