中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司 四川成都 611130
摘要：白鹤滩水电站左岸发电进水塔基础以P2β41微晶质玄武岩为主，岩质坚硬，除浅表层受爆破松动影响外，其节理整体呈微开或闭合状态，可灌性较差，基础处理难度大。区间分布断层F17、层间错动带C3、C3-1，其发育区域及影响带以碎裂结构为主，岩体承载力及整体性较差，与完整基岩可灌差异较大。在灌浆压力作用下，如何保证进水塔基础混凝土结构稳定及永久运行，降低塔基混凝土出现灌浆裂缝的风险。通过现场灌浆试验对上述问题进行研究，形成具有针对性的研究成果，用于指导该工程基础固结灌浆施工，并为同类工程施工提供参考。
关键词：白鹤滩水电站进水塔 玄武岩 基础处理 层间错动带 抬动 固结灌浆
1.工程概况
左岸进水口位于左岸泄洪洞进水口上游侧，分为进水口正脸边坡和侧脸边坡，正脸边坡8个进水口近似“一”字齐平布置，从上游到下游依次编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#和8#进水塔，底板高程731.0m。左岸进水口塔顶平台高程834m，底板开挖高程731m，进水口平台高程734m，塔基长265.60m，宽33.5m，沿N20°E方向布置。
左岸进水塔塔基基岩以P2β41微晶质玄武岩、角砾熔岩和杏仁状玄武岩为主，部分为P2β34、P2β35、P2β36层角砾熔岩、凝灰质角砾及凝灰岩，岩体结构以块状和次块状结构为主，岩体以Ⅲ1类为主。
左岸进水塔基础发育F17断层，产状N45°E，NW∠80°，宽20～30cm，影响带宽2～3m，主要为构造角砾岩，岩块岩屑型。C3、C3-1层间错动带斜切塔基，其发育部位以破碎结构为主，局部夹断层泥，岩体为Ⅳ或Ⅴ类。
左岸进水口塔体基础处理主要采取固结灌浆方式，以达到对提高基础基岩承载力，改善力学性质及基岩整体性的目的。本工程工期紧迫，塔基固结灌浆与进水塔基础混凝土及进水塔塔体混凝土快速上升工期矛盾突出；塔基岩体主要以Ⅲ1类玄武岩为主，岩质坚硬，除浅表层受爆破松动影响外，其节理整体呈微开或闭合状态，可灌性较差，基础处理难度大；区间分布断层F17、层间错动带C3、C3-1，其发育区域及影响带以碎裂结构为主，岩体承载力及整体性较差，与完整基岩可灌差异较大；在灌浆压力作用下，如何保证进水塔基础混凝土结构稳定及永久运行，降低塔基混凝土出现灌浆裂缝的风险。
针对上述存在的主要技术问题，进行现场固结灌浆试验，根据试验研究成果总结提出了该工程的基础固结灌浆方案及有关工艺措施。
2.有盖重固结灌浆方案的提出
进水塔基础裸岩岩面凹凸起伏不平，爆破松动后卸荷松弛，浅表层较宽大裂隙易形成冒浆、漏浆通道，一旦形成外部冒浆、漏浆，灌浆压力会迅速释放，灌浆过程中难以进行屏浆，浆液得不到充分的固结挤密，浆液扩散范围较小，浅表层爆破松动圈（约0.0～2.0m）卸荷裂隙带的灌浆效果差，难以达到本工程基础处理目的。
进水塔基础以P2β41微晶质玄武岩为主，岩质坚硬，除浅表层卸荷裂隙带、断层带及层间错动带外，其节理整体呈微开或闭合状态，整体性能较好，改善提升空间不大。浅表层基岩、F17断层及C3、C3-1层间错动破碎带，层间透水性强，力学性能差，是本工程固结灌浆加固处理的重点部位。因此，裸岩固结灌浆工艺在本工程进水塔塔基固结灌浆加固处理中不宜采用。
3.Ⅲ1类玄武岩固结灌浆技术研究
针对加固处理对象主要为Ⅲ1类玄武岩展开固结灌浆试验，固结灌浆布孔形式为梅花形布置，间排距3.0×3.0m，固结灌浆孔入岩6m。
试验结果揭示了Ⅲ1类玄武岩区灌浆的主要特点：岩体一般坚硬完整，灌前简易压水（结合裂隙冲洗）透水率大部分小于1Lu，岩体基本不吸浆。部分透水率大于1Lu集中体现在浅表层卸荷裂隙区，出现吸浆量很大现象。
针对该类灌浆特点主要在以下几方面进行试验研究及创新改进：（1）固结灌浆孔增大孔径，采用孔内循环方式，增加浆液流动循环时间，降低受压浆液凝结时间，增大浆液扩散时间及范围；（2）适当提高固结灌浆压力，利于提升浆液对细微裂隙、封闭或半封闭裂隙腔填充效果，对块状和次块状结构岩体效果尤为明显；（3）减小浆液胶结材料粒径，采用湿磨细水泥进行灌注具有相对较好的灌浆效果，其细度标准达到D95≤40μm、D50=10～12μm。
由表1成果表明，透水率及单耗逐序递减，符合一般灌浆规律。由表2成果表明灌后较灌前平均波速提高7.1%，低波速区占比消减较大且高波速区占比整体提升，证明针对Ⅲ类玄武岩灌区采用上述改进及控制措施是行之有效的。但存在一定的吸水不吸浆现象，说明Ⅲ1类玄武岩仍存在一些微小裂隙通道，可再进一步进行探索研究。
表1 透水率与单位注入量对比
表2 灌前、灌后声波测试成果对比
4.断层及层间错动带固结灌浆技术研究
左岸进水塔基础发育F17断层及C3、C3-1层间错动破碎带，斜切塔基，表层出露端采用抠槽2～3m并置换混凝土处理，次深层采用固结灌浆加固处理。
针对加固处理对象主要为Ⅳ或Ⅴ类岩体展开固结灌浆试验，试验结果揭示了该类灌浆的主要特点：岩体一般较为破碎，灌前声波波速较低，局部夹泥隔水，灌前简易压水（结合裂隙冲洗）透水率多大于1Lu，偶见大透水率现象，岩体可灌性较好。
对于该类灌浆特点主要在以下几方面进行试验研究及创新改进：（1）缩小灌浆孔间排距，加密灌注，增强地质缺陷区固结灌浆效果；（2）加深固结灌浆孔，利用固结孔贯穿层间错动带，使之上下盘形成整体，提高力学性能；（3）裂隙冲洗采用脉动式冲洗，利用高压间歇低压方式，形成反向水流将微裂隙中的填充物带出，利于浆液填充；（4）大灌注量地段进行待凝处理，不宜少于24h；（5）综合灌浆法，采用分段方式将地质缺陷段与完整基岩段隔离区分，完整基岩段采用稀浆开灌，地质缺陷段采用浓一比级开灌，针对性施灌有利于灌浆效果提升。
由表3成果表明，透水率及单耗逐序递减，符合一般灌浆规律。由表4成果表明灌后较灌前平均波速提高2.9%，低波速区占比消减较大且高波速区占比有一定提升，证明针对断层及层间错动带等地质缺陷区采用上述改进及控制措施是成功的。
表3 透水率与单位注入量对比
表4 灌前、灌后声波测试成果对比
5盖重结构抬动预防与控制技术研究
进水塔基础混凝土作为永久性运行结构，其安全稳定性直接关系到电站的正常运行。本工程盖重混凝土厚度仅为3m，为降低因固结灌浆而产生破坏性抬动裂缝风险，主要在以下几方面进行预防与控制：
（1）施工设计：①孔深6m、8m浅孔采用分段固结方式，降低基岩面与盖重混凝土接触面灌浆段的灌浆压力。②加密布设抬动观测装置（千分表），覆盖半径不大于10m。③采用多点位移计进行更详细、准确的观测与记录。
（2）施工工艺：①裂隙冲洗、压水试验及灌浆全过程中，指定专人进行抬动观测并进行准确记录。②灌浆过程中出现吸浆量突然增大或压力突降等特殊情况立即暂停施灌，及时分析原因，检查灌浆管路是否存在异常，观察施灌区域及周围是否有冒浆、串浆现场，同时观察是否出现裂缝或已有裂缝是否扩张。
（3）灌浆压力与注入率的控制：①灌浆段为浅表卸荷裂隙带岩体、F17断层及C3、C3-1层间错动破碎带等透水率较大时，在灌浆升压过程中，采用分阶段逐级升压至设计规定值。②灌浆过程中发生抬动且抬动值达到设计规范规定的允许值时，立即降低压力或停止施灌，待抬动值复位零值后再行灌浆。③严格控制升压速度与吸浆率之间的关系，当灌浆遇到大耗量时，及时分析原因，采用低压、限流、间歇、限量等方法处理。
（4）同时段临近距离施灌孔数控制：F17断层及C3、C3-1层间错动破碎带等地质缺陷部位禁止两孔同时灌浆，其他区域同时灌浆的孔间距不小于10m。
6.浅孔分段固结灌浆快速施工技术研究
固结灌浆试验在灌浆工法上分别采用了“自上而下，分段卡塞，孔内循环式”灌浆和“自下而上，分段卡塞，孔内循环式”灌浆两种方法，试验结果表明两种灌浆工法针对Ⅲ1类玄武岩都是可行且成功的，对于6m深的浅层灌浆孔，后者钻灌时间较前者节省30%，有利于提高灌浆功效。但是针对层间错动带及破碎带区域，后者易出现绕塞、铸塞现象且不利于抬动控制，前者优于后者。两种固结灌浆工法的优缺点和适用性对比详见表5。
表5 两种固结灌浆工法对比
7.结语
（1）裸岩固结灌浆不适合白鹤滩水电站进水塔塔基浅孔灌浆处理，尤其不适合发育断层及层间错动带等地质缺陷区域，进水塔基础固结灌浆推荐有盖重式封闭灌浆方式。
（2）Ⅲ1类玄武岩灌区，采用增大孔径进行孔内循环，提高固结灌浆压力，减小浆液胶结材料粒径，可有效提高灌浆效果，确保固结灌浆质量。
（3）断层及层间错动带等地质缺陷区，采用加密固结，加深固结，脉动式冲洗，大注入量待凝及综合灌浆法等控制措施，可有效提高灌浆效果，改善地质缺陷区整体力学性能。
（4）针对盖重厚度较小的有盖重固结灌浆，采用浅孔分段、分序灌浆，加密观测，动态控制压力及流量关系，缩减临近范围同时施灌灌浆孔数等控制手段，可以大大减小盖重混凝土结构破坏性抬动风险。
（5）在地质条件较好的区域，灌浆采用“自下而上，分段卡塞，孔内循环式”灌浆法，对于提高浅孔固结灌浆施工工效是可行的。
论文作者:贺子英,何明亮,詹涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/18
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