锦屏一级水电站坝基煌斑岩脉及f18断层水泥－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）

锦屏一级水电站坝基煌斑岩脉及f18断层水泥－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）

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f18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－化学复合灌浆处理，煌斑岩脉及f18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－化学复合灌浆对煌斑岩脉及f18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。

煌斑岩脉；f18断层；地质缺陷；复合灌浆；效果评价

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m3，装机容量3 600 MW，年发电量约170亿kW·h［1］。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f18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；f18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。

图1 f18断层及煌斑岩脉在坝基出露位置示意

煌斑岩脉及f18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f18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，f18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f18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f18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—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［2］。

锦屏一级水电站煌斑岩脉及f18断层坝基较大规模的地质缺陷，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—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—化学复合灌浆原理和设计

1.1 水泥—化学复合灌浆原理

水泥—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［4－5］。

1.2 水泥—化学复合灌浆设计

煌斑岩脉及f18断层的水泥—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。环间和环内均分为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

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0.01 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 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孔。

2 水泥—化学复合灌浆检测及效果综合评价

煌斑岩脉及f18断层水泥—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f18断层水泥—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f18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f18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，孔壁完整性略好，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f18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f18断层水泥—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f18断层水泥—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，岩脉及断层的单孔声波平均值依次为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f18断层水泥—化学复合灌浆后进行了62点（分别在7个孔内）钻孔变形模量检测，变形模量分段统计见表4。

根据复合灌浆前后钻孔变形模量分段统计可得出如下结论：钻孔变形模量水泥灌浆后主要分布在7～15 GPa，化学灌后主要分布在11 GPa以上，钻孔变形模量平均值提高约10%，表明复合灌浆对煌斑岩脉及f18断层抗变形能的提高效果明显。

2.4 岩体透水率对比分析评价

对煌斑岩脉及f18断层水泥—化学复合灌浆前后进行了1 261 m／38孔共219段的常规压水试验，其透水率分段统计见表5。

图2 煌斑岩脉及f18断层水泥—化学复合灌浆前后典型钻孔全景图像

表3 水泥—化学复合灌浆前后波速分段统计对比分析

表4 水泥—化学复合灌浆后钻孔变形模量分段统计对比分析

表5 水泥—化学复合灌浆前后压水试验成果分段统计对比分析

根据复合灌浆前后压水试验成果分段统计可得出如下结论：

（1）灌前透水率大部分q＝3～100 Lu，属弱～中等透水；

（2）水泥灌浆后透水率基本小于1 Lu，少量1～3 Lu，属微透水为主、极少量弱透水；

（3）化学灌浆后透水率99%小于0.5 Lu，属微透水；

（4）水泥—化学复合灌浆显著提高了煌斑岩脉及f18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f18断层采取水泥—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—化学灌浆有以下几点结论与认识：

（1）通过对煌斑岩脉及f18断层的水泥—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f18断层的水泥—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f18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f18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—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f18断层、f2断层的水泥—化学复合灌浆研究［5］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—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。

［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—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.

TV543

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1003－9805（2015）02－0053－04

2014－08－22

舒建平（1961－），男，四川自贡人，高级工程师，从事水利水电工程地质工作。