锦屏一级水电站左岸坝肩化学灌浆试验

1、锦屏一级水电站左岸坝肩化学灌浆试验    摘要：    关键词：     1、 工程概述1.1试区地质条件本次试验代表岩体为煌斑岩脉。煌斑岩未在建基面出露，深埋于建基面以里，1885m高程建基面以里埋深约60m，往低高程延伸埋深逐渐增大，至1680m高程埋深大于170m。根据煌斑岩脉性状、风化卸荷特征可划分为二个区，本试验区位于A区，1680m高程以上，其中1800m高程以上岩脉位于砂板岩中，岩脉厚一般约为2.02.4m，普遍弱强风化，岩体松弛，完整性差，与上下盘岩体多为断层

2、接触，发育宽520cm的小断层，且两则同样为松弛、破碎的2级岩体。1.2 进行化学灌浆试验的必要性由于规模性断层及软弱岩带在坝肩基础集中的存在，当大坝形成蓄水后，在拱坝基础一定范围内的断层，对建筑物的稳定性、基础应力传递等极为不利，严重影响大坝稳定安全及运营，必须运用工程的方法进行处理。本次试验即是有针对性地采用化学灌浆的方法加固处理。试验研究的对象：左岸坝肩基础岩体内发育的煌斑岩脉。此次试验采用高渗透性环氧材料，采用水泥化学复合灌浆的方法进行加固处理。通过试验，选择出最优高渗透性补强灌浆材料和多种能够根据变化条件下调整的、适宜的配比和灌浆参数，以便为大规模处理煌斑岩脉等软弱基础，寻求一种可行

3、、有益的工程方法；达到对断层及软弱带的补强加固效果，满足设计要求。2、 工程施工及质量检查2.1 设计指标要求 经勘探阶段和试区施工前的灌前测试孔钻孔变形模量测试表明，煌斑岩体的变形模量为0.72GPa，声波值为3262m/s；根据设计文件要求，通过水泥/化学复合灌浆，要求达到的设计指标见下表2-1：指标 岩类岩体声波纵波速度Vpm平均值（m/s）钻孔变形模量EO单位透水率（Lu）抗剪强度岩体完整性系数Kv泊松比C（Mpa）tg煌斑岩脉X灌后指标42005.010.80.80.600.352.2 化学灌浆试验施工2.2.1 试验思路及工艺本次试验思路为通过对选定的煌斑岩脉第一、二试验

4、区的试验施工，寻找出适合的化学灌浆浆液材料和施工工艺，对软弱岩体进行有效的处理，达到对其物理力学性能指标的改善，从而满足设计指标要求。总体施工工艺为：室内材料试验一、二试区水泥灌浆施工一试区化学灌浆施工一试区质量检查化学材料改进二试区化学灌浆施工二试区质量检查。化学灌浆施工工序为：孔位布置钻孔钻孔冲洗简易压水试验配浆孔内排水灌浆闭浆孔内浆液置换扫孔下一段钻进（第一段灌浆或第二段灌浆结束以后进行孔口镶铸）直至各孔段结束封孔。化学灌浆施工工法为：自上而下、孔口封闭、纯压式，分序、分段施工，逐段增加灌浆压力；灌浆时相邻孔间隔两段施工。2.2.2 试验施工简介.钻孔、灌浆参数本试验为水泥/化学复合灌浆

5、，水泥灌浆的目的是封闭试区、控制化学浆液扩散范围，化学灌浆的目的是使用合适的工艺、利用材料特性对岩体进行物理力学性能改善。钻孔采用矩形布置方式，钻孔采用76mm和56mm钻进施工，钻孔角度为顶角70°；水泥灌浆浆液水灰比采用2:1、1:1、0.7:1、0.5:1等4个比级。.特殊情况处理及结束标准化学浆液材料采用通过室内试验优选出的YDS-7系列环氧材料，施工中针对施工情况主要采用2种配合比进行施工，分别为YDS-7（100:6）和YDS-0（100:8）。开灌均采用YDS-7（100:6）进行灌注。正常灌注情况下采用YDS-7（100:6）进行灌注直至结束，若施工中出现串、冒、漏及

6、耗量大时根据现场灌注情况更换为YDS-0（100:8）进行灌注。化学灌浆各段次灌注化学浆液前均进行简易压水，若孔段透水率小于1 Lu，则直接进行化学灌浆，若孔段透水率大于1 Lu，则先进行补充水泥灌浆，再进行化学浆液灌注。针对试区为砂板岩和煌斑岩互层的特殊地质情况，施工中采用结束标准如下：当钻孔揭示的孔段为砂板岩时，根据灌前简易压水透水率，按照表2-2所示原则进行控制灌浆，达到下表要求即结束该段灌浆。表2-2          砂板岩化学灌浆浆液耗量控制表灌前压水透水率（Lu）控制浆液耗量（L/m）Lu0.3600.3 Lu 0.5700.5

7、Lu 1.080当钻孔揭示的孔段岩性为煌斑岩时，或岩性为砂板岩与煌斑岩互层时，在该灌浆段最大设计压力下，以灌到孔段不吸浆或吸浆量小于0.010.05L/ min.m时，继续灌注30 min后结束该段灌浆。.施工成果简述本试验累计完成水泥灌浆钻孔543m，灌浆526.3m，累计注入量217.12T，总平均注灰量为412.54kg/m，其中序孔单位注入率为617kg/m，序孔单位注入率为176kg/m；水泥灌浆检查孔2个施工压水14段，压水结果透水率11段小于1 lu ，3段大于1 lu；化学灌浆两试区成果见下表2-3。表2-3         

8、  化学灌浆一、二试区成果表对比项目灌浆长度（m）总耗（L）单耗(L/m)总注（L）单注(L/m)第一试区2882703993.92216876.97一试区一序孔128.518445143.5415848123.33一试区二序孔159.58593.5653.886318.4139.6第二试区2702265883.921835867.99二试区一序孔12011662.697.199271.777.26二试区二序孔15010995.173.39086.260.57.质量检查.钻孔取芯压水检查化学灌浆完成30后进行钻孔取芯压水检查，施工检查孔5个压水36段，所有段次压水结果均小于1 Lu。

9、.声波测试化学灌浆完成160天，煌斑岩脉声波最大值为5376m/s，最小值为3546m/s，平均值为4557m/s，总体上满足化学灌浆后的声波指标（4200 m/s）要求。. 钻孔变形模量煌斑岩脉化学灌浆完成160天后，煌斑岩体内共计测试变形模量21个测点，其结果最大值为7.95Gpa，最小值为4.03 Gpa，平均值为6.03 Gpa，变形模量低于5.0 Gpa的测点数为6个，总体上满足化学灌浆后变模指标（5.0 Gpa）要求。. 大口径取芯化学灌浆完成150天后进行了大口径取芯并制样进行了磨片鉴定，强度、变形模量、冻融、密度以及抗渗等试验。  岩石磨片鉴定成果及照片表明，煌斑岩中

10、微裂隙都具有开放性，均被浅黄色具均质性的填充剂充填，胶结良好。煌斑岩密度为2.52g/cm32.68g/cm3，平均值2.61g/cm3。煌斑岩轴向拉伸法湿抗拉强度为1.61Mpa4.26Mpa，平均值2.90Mpa。岩石自由风干状态变形模量为6.08Gpa7.51 Gpa（小值平均值平均值）弹性模量为11.2 Gpa13.2 Gpa。. 竖井检查灌浆完成170天后开挖竖井进行了承压板试验，试验成果为：割线模量为     16.2Gpa；包络线模量为13.0Gpa。上述一系列质量检查手段检查结果表明：.本试验所选用的YDS-7型号浆液材料能够适应煌斑岩脉

11、对灌浆材料的高渗透性要求；.化学灌浆完成160天后，声波、钻孔变形模量、承压板试验等各项测试成果满足设计要求，磨片鉴定表明浆液对岩体裂隙、孔隙充填效果良好。3 、工艺改进和革新在施工中，通过定期施工总结，不断改进和革新了施工工艺、参数，针对一试区化学浆液耗量较大的情况，及时调整增加了二试区化学灌浆前的湿磨细水泥加密灌浆，同时调整了水泥浆液开灌比级，开灌使用水灰比由一试区的2:1调整为为3:1，这有效的封堵了部分普通水泥浆液不能进入的在地质构造运动过程中形成的微小裂隙，使得水泥灌浆的试区封闭效果更加理想。第二试区所使用的YDS-7E与第一试区使用的YDS-7浆液材料，在粘度上后者起始粘度比前者有

12、所提高，这更加有利于控制浆液在地层中的扩散范围，从而达到在保证灌注质量的前提下控制化学材料用量节约工程成本的目的；同时，YDS-7E的初凝时间长于YDS-7材料，这更有利于浆液对施灌对象的充分有效浸渗，从而达到“饱和灌注”的目的；也正是由于浆液材料的初始粘度提高和初凝时间延长，使得各孔段在灌注施工时，浆液能够在一定的灌注控制范围内对施灌对象进行有效的“饱和灌注”，因此，第二试区的、序孔浆液耗量也更加趋于接近和符合化学灌浆机理。就化学灌浆而言，本试验与常规化学灌浆相比，有下述主要创新和不同之处。.根据软弱低渗透地层“浸润渗灌”灌浆机理采用了YDS-7高渗透环氧灌浆材料，优化摒弃了以往化学灌浆 “

13、丙酮开路”工序，更好地保证了质量、降低了造价、有利于安全文明施工；. 针对地层特性特别注重了“闭浆”和“孔内浆液置换”工序。 “闭浆”有利于防止灌注进入岩体的化学浆液在停止灌注后的“卸压回流”从而保证“饱和灌注”的有效性；“孔内浆液置换”也有利于防止回流，同时可大大缩短待强周期、加快施工进度，也有利于下一段次钻孔时的扫孔施工；.第二试区增加的湿磨细水泥灌浆有利于更加有效封闭试区，控制化学浆液渗透范围，对化学灌浆的质量保证和成本控制均有利。. 施工中采用的“低速率、长历时”的控制化学灌浆方法，不仅有利于保证灌浆时浆液对受灌体的有效浸渗，对控制浆液扩散范围也是有利的。4、 浸润渗灌灌浆理念本试验研

14、究的是对软弱岩体的加固补强处理技术，不同于普通的充填式灌浆，它不仅要求浆液要对岩体裂隙进行有效的填充和补强加固，还要求浆液在灌浆机具和压力等手段作用下要充分进入岩体内部，对岩体空隙和孔隙里的水进行置换从而在固结后达到补强的目的。由此，产生了不同的灌浆理念，即浸润渗灌灌浆理念。“浸润渗灌”灌浆理念就是使用低粘度（切应力小，流动性好）、表面张力小、接触角小，润湿铺展能力强的灌浆材料，在灌浆压力的引导下，控制灌浆速率，灌浆时间，利用浆液的亲水性能对岩体空隙、孔隙进行充分浸润渗透和岩体内水进行置换，使岩体达到充分的“饱浆”状态，从而在固结后提高和改善岩体力学性能指标的灌浆理念。5、 水泥/化学复合灌浆处理软弱基础的可行性本次试验后的多种检查测试手段表明，水泥/化学复合灌浆应用于锦屏一级水电站左岸煌斑岩脉软弱基础处理成功可行，达到了设计改变岩体物理力学性能指标的目的，为其它工程类似软弱基础在地质改性和处理上提供了可行依据。6、 工程意义锦屏煌斑岩脉化学灌浆试验的成功，为锦屏左岸基础处理工程在设