李珍　李玉婕

摘 要：長(zhǎng)江上游巨型電站多位于高山峽谷，地質(zhì)條件復(fù)雜，建筑物地基和基礎(chǔ)常遭遇不良地質(zhì)體、微細(xì)裂隙發(fā)育等復(fù)雜巖體。針對(duì)上述不良地質(zhì)體防滲加固補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理的技術(shù)難題，通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，開(kāi)展了高性能化學(xué)灌漿材料、水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿精細(xì)控制技術(shù)的研究與應(yīng)用，研發(fā)制備了高強(qiáng)度、高浸潤(rùn)滲透性、膠凝時(shí)間大范圍精確可調(diào)、水下固結(jié)性能好且環(huán)保無(wú)毒的高性能環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料，提出了“同孔復(fù)合”“異孔復(fù)合”灌漿工藝，形成了“逐級(jí)快速升壓”的材料粘度、膠凝時(shí)間和灌漿壓力等多工藝參數(shù)聯(lián)合調(diào)節(jié)的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿精細(xì)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有壓水和動(dòng)水條件下低滲性不良地質(zhì)體的有效處理。研究成果成功應(yīng)用于三峽工程、溪洛渡水電站、向家壩水電站、烏東德水電站等長(zhǎng)江上游巨型電站，保障了工程安全運(yùn)行和工程效益發(fā)揮，可為國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)提供重要技術(shù)支撐，助力長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：復(fù)合灌漿；長(zhǎng)江上游；巨型電站；不良地質(zhì)體；基礎(chǔ)處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

長(zhǎng)江上游已形成世界上規(guī)模最大的水電站群，其中烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽等5座水電站裝機(jī)規(guī)模位居世界前十，在防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、生態(tài)等方面具有不可替代的重要地位，是國(guó)家水電能源戰(zhàn)略工程。然而，5座水電站在大壩、電站廠(chǎng)房、船閘等建筑物的地基與基礎(chǔ)中均遇到了花崗巖斷層破碎帶[1-10]、砂巖擠壓破碎帶和撓曲破碎帶[11-15]、玄武巖層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶[16-18]、白云質(zhì)角礫破碎巖[19-20]等不良地質(zhì)體，這些不良地質(zhì)體的存在嚴(yán)重影響建筑物的滲透穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定及抗變形能力，甚至影響工程安全運(yùn)行和服役壽命，為此在建設(shè)過(guò)程中根據(jù)不良地質(zhì)體巖體特征性狀、不同建筑物地基與基礎(chǔ)受力狀態(tài)等開(kāi)展了復(fù)合灌漿處理技術(shù)研究和應(yīng)用。從目前各電站運(yùn)行情況來(lái)看，復(fù)合灌漿是處理水工建筑物地基與基礎(chǔ)不良地質(zhì)體行之有效的措施，不僅確保了工程按時(shí)蓄水發(fā)電，也保障了工程的安全運(yùn)行，可為類(lèi)似工程復(fù)雜地基與基礎(chǔ)處理提供重要借鑒。

1 復(fù)合灌漿技術(shù)

1.1 復(fù)合灌漿的提出

復(fù)合灌漿指水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿，是通過(guò)鉆孔、埋管或其他方法按設(shè)定順序?qū)⑺酀{液和化學(xué)漿液注入受灌體，以達(dá)到防滲、堵漏、補(bǔ)強(qiáng)和加固目的的綜合工程措施[21-22]。

水泥灌漿材料主要有普通水泥、濕磨細(xì)水泥、超細(xì)水泥；化學(xué)灌漿材料主要有環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸鹽等。水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)可以將耐久性好、效率高的水泥灌漿材料與滲透性好、強(qiáng)度高的化學(xué)灌漿材料充分結(jié)合，達(dá)到理想的灌漿效果。

1.2 復(fù)合灌漿技術(shù)工藝特征

根據(jù)灌漿孔孔位布置及漿液擴(kuò)散情況，水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿可分為同孔復(fù)合灌漿和異孔復(fù)合灌漿。同孔復(fù)合灌漿是指利用同一鉆孔先將水泥漿液注入受灌體，在同一灌漿孔內(nèi)擴(kuò)孔或掃孔注入化學(xué)漿液的復(fù)合灌漿工藝。異孔復(fù)合灌漿則是指利用鉆孔先將水泥漿液注入受灌體，再通過(guò)排間或排內(nèi)其他鉆孔注入化學(xué)漿液的復(fù)合灌漿工藝。根據(jù)不同地質(zhì)條件和工程要求，復(fù)合灌漿可采用異孔復(fù)合灌漿，也可采用同孔復(fù)合灌漿。對(duì)于低滲性不良地質(zhì)體水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿處理，一般選擇同孔復(fù)合灌漿工藝；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)氧漿液擴(kuò)散情況較差時(shí)，可考慮異孔復(fù)合灌漿工藝。

基巖復(fù)合灌漿處理宜自上而下分段灌漿，具備條件時(shí)也可采用自下而上分段灌漿。根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和灌注漿液性質(zhì)等，水泥灌漿宜選用孔口封閉灌漿法，化學(xué)灌漿宜選用自上而下分段灌漿法。根據(jù)相應(yīng)灌漿方法，水泥灌漿應(yīng)選用循環(huán)式灌漿，化學(xué)灌漿應(yīng)選用純壓式灌漿。

1.3 復(fù)合灌漿技術(shù)關(guān)鍵工藝參數(shù)

復(fù)合灌漿技術(shù)工藝研究涉及開(kāi)灌原則、孔位布置、壓力控制、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵工藝參數(shù)，以及化學(xué)漿液在動(dòng)水下的固化狀況和擴(kuò)散范圍。選擇水泥-化學(xué)灌漿方案時(shí)，應(yīng)系統(tǒng)研究工程被灌體的巖性特征、承受水頭壓力大小、滲透穩(wěn)定情況及漿液性能，確定適用于不同軟弱層帶巖體、不同工況下的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿工藝參數(shù)。

化學(xué)灌漿的開(kāi)灌標(biāo)準(zhǔn)是保證水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿質(zhì)量的重要指標(biāo)。大量工程驗(yàn)證表明[5-16]，開(kāi)灌標(biāo)準(zhǔn)不宜依據(jù)水泥灌漿吸漿量，而宜采用受灌體透水率，即化學(xué)灌漿應(yīng)當(dāng)在滿(mǎn)足透水率低于一定標(biāo)準(zhǔn)后才可開(kāi)始。目前大多數(shù)成功應(yīng)用案例中，開(kāi)灌標(biāo)準(zhǔn)條件采用透水率q＜1 Lu。當(dāng)濕磨細(xì)灌漿效果較差時(shí)，開(kāi)灌標(biāo)準(zhǔn)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

灌漿壓力為漿液擴(kuò)散至待填充部位提供運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，是化學(xué)灌漿的重要工藝參數(shù)。通常漿液擴(kuò)散距離與灌漿壓力之間呈正相關(guān)性，灌漿壓力越大，漿液充填距離越大。但是，壓力過(guò)大會(huì)造成地面抬動(dòng)甚至劈裂地層，還會(huì)導(dǎo)致竄漿、冒漿等材料浪費(fèi)。此外，漿液凝膠時(shí)間也會(huì)嚴(yán)重影響灌漿效果與工程成本。凝膠時(shí)間與材料性能、滲流速度、巖體厚度等因素有關(guān)。因此，灌漿工藝參數(shù)需要適應(yīng)性強(qiáng)、精準(zhǔn)可控，不僅需要充分注入填充軟弱層帶受灌體，同時(shí)避免造成巖體破壞，在實(shí)際應(yīng)用中一般要進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，以確定灌漿孔排距、壓力、漿液變換原則、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等工藝參數(shù)。

2 三峽工程花崗巖斷層破碎帶復(fù)合灌漿試驗(yàn)

三峽工程主體建筑物基礎(chǔ)為前震旦紀(jì)閃云斜長(zhǎng)花崗巖，屬塊狀結(jié)構(gòu)，巖性均一、完整，力學(xué)強(qiáng)度高，屬優(yōu)良?jí)位５谏瑱C(jī)和永久船閘等建筑物基礎(chǔ)內(nèi)有一定規(guī)模性狀很差的斷層，構(gòu)造巖膠結(jié)差，風(fēng)化強(qiáng)烈，呈疏松半疏松狀，沿?cái)鄬訋杆暂^強(qiáng)。這些斷層對(duì)建筑物某些部位的基礎(chǔ)應(yīng)力傳遞極為不利，必須進(jìn)行穩(wěn)妥可靠的處理以提高其彈性模量和基巖整體承載力。經(jīng)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位研究決定采用水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿進(jìn)行處理，并選在F215斷層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)，研究適合于三峽工程斷層的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿施工工藝、復(fù)合灌漿處理斷層破碎帶的技術(shù)可行性和處理效果的可靠性。

2.1 灌漿材料

水泥漿液采用濕磨細(xì)水泥，最大粒徑≤40 mm；化學(xué)漿液采用長(zhǎng)江科學(xué)院研發(fā)的CW系環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。斷層灌漿處理除了滿(mǎn)足充填裂隙，還要求化學(xué)漿液對(duì)斷層疏松-半疏松巖體產(chǎn)生浸潤(rùn)滲透作用，達(dá)到改造斷層巖體性狀的效果，因此選用具有漿液粘度低、可灌性好、可操作時(shí)間長(zhǎng)、可水下固化等特點(diǎn)的CW系化學(xué)漿液。

2.2 復(fù)合灌漿工藝

濕磨細(xì)水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿工藝的理論基礎(chǔ)在于水泥漿材與化學(xué)漿液通過(guò)被灌體斷層破碎點(diǎn)以包覆、網(wǎng)絡(luò)等方式固結(jié)成一個(gè)復(fù)合整體。在工序上，往往是先外圍后中心部位灌漿。在漿（材）液充填上，首先是濕磨細(xì)水泥漿材充填較大空隙而后化學(xué)漿液填滿(mǎn)較小裂隙。在灌漿功能上，水泥往往是帷幕固結(jié)，化學(xué)漿液充填防滲。水泥與化學(xué)兩類(lèi)漿材互為補(bǔ)充，互相兼容，最終使斷層破碎點(diǎn)處理達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求。復(fù)合灌漿主要工藝技術(shù)要求如下。

（1）水泥灌漿。水泥灌漿孔孔徑一般為Φ76 mm。

第一段采用常規(guī)阻塞灌漿，阻塞器阻塞在底板混凝土內(nèi)20 cm，第二段及以下各段采用“小口徑、孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)”高壓灌漿。灌漿段長(zhǎng)度，第一段為2 m，第二段為1 m，第三段為2 m，第四段及以下各段一般為5 m。灌漿壓力，第一段為1.0 MPa，第二段為1.5 MPa，第三段為2.0 MPa，第四段及以下各段為5 MPa。灌漿壓力以回漿管壓力讀數(shù)為準(zhǔn)，壓力表讀數(shù)以峰值為準(zhǔn)，灌漿時(shí)壓力表指針擺動(dòng)范圍小于灌漿壓力的20%。

（2）化學(xué)灌漿。采用孔口封閉、自上而下分段的填壓式灌漿。灌漿段長(zhǎng)度，第一段為2 m，第二段為1 m，第三段為2 m，以下各段為5 m。最大灌漿壓力為5 MPa。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)原則上按達(dá)到不吸漿再屏漿1 h。

（3）復(fù)合灌漿孔灌漿。灌漿孔先用濕磨細(xì)水泥漿材灌漿，當(dāng)吸漿量小于5 L/min后，重新掃孔，采用化學(xué)漿液灌漿。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)同化學(xué)灌漿。

（4）斷層高壓沖洗?？紤]到斷層構(gòu)造巖風(fēng)化、遇水松軟的蝕變特性，為保證灌漿質(zhì)量和處理效果，在實(shí)施水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿前先用高壓水、氣沿?cái)鄬颖M量沖洗出疏松物。水壓為25～30 MPa，氣壓為0.6～0.7 MPa。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及效果分析

通過(guò)灌漿試驗(yàn)前后壓水試驗(yàn)、聲波測(cè)試、彈性模量測(cè)試結(jié)果，并結(jié)合灌后檢查孔芯樣力學(xué)性能和微觀測(cè)試成果對(duì)復(fù)合灌漿處理效果進(jìn)行綜合分析。

2.3.1 壓水試驗(yàn)

濕磨細(xì)水泥灌漿前壓水試驗(yàn)透水率平均值為

7.2 Lu，化學(xué)灌漿前透水率小于0.3 Lu，復(fù)合灌漿后透水率小于0.06 Lu（大部分實(shí)際為0），說(shuō)明復(fù)合灌漿大大改善了巖層的透水性，處理后的巖層基本不透水。

2.3.2 聲波測(cè)試

斷層帶灌漿試驗(yàn)前后聲波測(cè)試值見(jiàn)圖1，可以看出，斷層帶經(jīng)過(guò)復(fù)合灌漿處理后，巖層的聲波值均有提高，且增幅達(dá)15%，說(shuō)明斷層破碎帶的密實(shí)性得到了一定程度提高。

2.3.3 彈性模量測(cè)試

斷層帶復(fù)合灌漿前平均彈性模量為3.4 GPa，復(fù)合灌漿后斷層平均彈性模量為23.4 GPa，說(shuō)明斷層破碎帶經(jīng)水泥灌漿充填大空隙后化學(xué)漿液進(jìn)一步充填滲透至微細(xì)裂隙，大大提高了斷層帶巖體的完整性。

2.3.4 檢查孔芯樣力學(xué)性能及理化分析

在復(fù)合灌漿試驗(yàn)區(qū)域共布置3個(gè)檢查孔，從檢查孔取芯情況看，檢查孔均穿過(guò)斷層及破碎帶部位。從芯樣照片可以看出，無(wú)論是巖石裂隙，還是粘土層，CW漿液均具有很好的浸潤(rùn)和滲透性能，且濕磨細(xì)水泥漿液與化學(xué)漿液互穿效果明顯。結(jié)合芯樣掃描電鏡（SEM）和讀數(shù)顯微鏡測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)CW漿液可灌入0.001 mm的微細(xì)裂隙。檢查孔力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，無(wú)論是斷層部位還是裂隙部位復(fù)合灌漿后芯樣軸心抗壓強(qiáng)度、變形模量、泊松比、抗拉強(qiáng)度、摩擦系數(shù)f值均超過(guò)設(shè)計(jì)要求的相應(yīng)指標(biāo)，而C值低于1.5 MPa的設(shè)計(jì)要求，但與灌漿試驗(yàn)前的C值0.16 MPa相比，則有明顯提高。

從灌漿前后斷層部位的理化分析結(jié)果看，灌漿之前主要組分為碎裂巖和粘土，主要是粘土的化學(xué)分；灌漿后，由于水泥漿和化學(xué)漿液的灌入，原有化學(xué)成分發(fā)生變化，主要組分為水泥、環(huán)氧樹(shù)脂和碎裂巖。水泥和環(huán)氧樹(shù)脂含量分別達(dá)25.4%～60.1%和17.8%～28.0%。

2.4 小結(jié)與建議

采用濕磨細(xì)水泥-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合灌漿處理斷層破碎帶后巖體各項(xiàng)指標(biāo)整體達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是有的指標(biāo)略偏高，也有個(gè)別指標(biāo)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。建議在后續(xù)應(yīng)用時(shí)做以下調(diào)整：一是在施工工藝方面，試驗(yàn)時(shí)采用了高壓噴射將斷層內(nèi)軟弱泥化物及疏松狀構(gòu)造巖沖洗出來(lái)，但沖洗效果與斷層部位的準(zhǔn)確性、沖洗深度及沖洗工藝密切相關(guān)，故而應(yīng)合理采用高壓噴射沖洗技術(shù)。二是對(duì)以疏松-半疏松狀、風(fēng)化劇烈的角礫巖為主并夾有軟弱泥化夾層的構(gòu)造巖斷層，灌漿壓力宜控制在3～4 MPa，且灌注時(shí)間要長(zhǎng)。為提高化學(xué)漿液對(duì)夾泥斷層的浸潤(rùn)滲透作用，在較高灌漿壓力下，孔段灌漿時(shí)間以不小于72 h為宜；對(duì)以較堅(jiān)硬的碎裂巖為主的構(gòu)造巖斷層，建議灌漿壓力在2～5 MPa。三是通過(guò)對(duì)灌漿試驗(yàn)后檢查孔芯樣力學(xué)指標(biāo)測(cè)試分析，原設(shè)計(jì)擬達(dá)到的個(gè)別指標(biāo)稍微偏高，建議在不影響主要功能的情況適當(dāng)降低指標(biāo)參數(shù)。

3 向家壩水電站砂巖破碎帶復(fù)合灌漿試驗(yàn)

向家壩水電站是金沙江下游河段規(guī)劃的最末一個(gè)梯級(jí)，壩址巖性巖相多變，構(gòu)造上處在背斜傾伏段，且發(fā)育有膝狀撓曲，地質(zhì)條件復(fù)雜。巖石類(lèi)型主要為細(xì)粒至中粗粒砂巖和粉砂巖及泥質(zhì)巖，存在的擠壓帶和撓曲核部破碎帶分布范圍廣，規(guī)模很大，巖體破碎，質(zhì)量差。這些不良地質(zhì)體對(duì)壩基變形、抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定都有影響。前期普通水泥灌漿達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，為此，經(jīng)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位研究決定選擇在壩基存在撓曲核部破碎帶和擠壓破碎帶部位進(jìn)行水泥-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料對(duì)破碎帶巖體的適用性和復(fù)合灌漿帷幕防滲的可行性和可靠性，同時(shí)選定合適的灌漿壓力、孔位布置等化學(xué)灌漿工藝參數(shù)。

3.1 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇

擠壓破碎帶復(fù)合灌漿試驗(yàn)區(qū)位于左非9壩段下游部位。巖石總體屬于中等風(fēng)化，局部順破碎夾層和裂隙密集帶呈強(qiáng)風(fēng)化。巖性以灰白色、灰黃色厚至巨厚層狀中細(xì)粒砂巖為主，夾有薄層狀砂巖和泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

撓曲核部破碎帶復(fù)合灌漿試驗(yàn)區(qū)位于泄5至泄6壩段的壩踵上游部位。巖體主要呈碎塊結(jié)構(gòu)和碎屑結(jié)構(gòu)，尤其是碎屑結(jié)構(gòu)物質(zhì)的顆粒細(xì)，具有原位條件下含水率低（約4%）、密實(shí)度高（2.3 g/cm3），但強(qiáng)度低，滲透系數(shù)小（10-5 cm/s），遇水易塌孔，可灌性差等特點(diǎn)。

3.2 灌漿材料及設(shè)備

試驗(yàn)采用濕磨細(xì)水泥漿液，42.5 MPa高抗硫酸鹽水泥原始漿液經(jīng)三臺(tái)濕磨機(jī)串聯(lián)，即“三機(jī)聯(lián)磨”的磨細(xì)工藝現(xiàn)場(chǎng)制備。濕磨細(xì)水泥顆粒粒度平均粒徑D50＜12 ?m，最大粒徑D97＜35 ?m。

化學(xué)灌漿材料采用長(zhǎng)江科學(xué)院研發(fā)的CW系環(huán)氧樹(shù)脂，該材料是由新型的環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑、表面活性劑、固化劑等組成的雙組份灌漿材料，具有配制簡(jiǎn)單，可灌性好，力學(xué)強(qiáng)度高，在干燥及潮濕條件和水中都能很好固化的特點(diǎn)。CW系環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料主要性能見(jiàn)表2。

化學(xué)灌漿泵采用長(zhǎng)江科學(xué)院研發(fā)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)灌漿泵，可保持穩(wěn)定壓力長(zhǎng)時(shí)間灌漿，具有自動(dòng)計(jì)量累計(jì)灌漿量和自動(dòng)壓力控制功能。

3.3 復(fù)合灌漿工藝

試驗(yàn)采用水泥-環(huán)氧樹(shù)脂同孔復(fù)合灌漿工藝，濕磨細(xì)水泥灌漿采用孔口封閉循環(huán)式灌漿，化學(xué)灌漿采用孔內(nèi)阻塞純壓式灌漿。

左非9壩段水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿孔穿插在帷幕水泥灌漿孔之中，共8個(gè)CW系環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿孔，分1區(qū)和2區(qū)，其中1區(qū)1排3個(gè)灌漿孔，孔距2 m，2區(qū)共5個(gè)孔，孔排距為1 m×1 m，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)各布置兩個(gè)灌后檢查孔。

泄5至泄6壩段帷幕灌漿試區(qū)布置4個(gè)CW系環(huán)氧類(lèi)化學(xué)灌漿材料孔，孔距1.0 m，布置3個(gè)檢查孔，其中一個(gè)檢查孔為設(shè)計(jì)補(bǔ)充布置，主要是為了觀察壓水的破壞過(guò)程，并計(jì)算壓水破壞時(shí)的水力坡降。

濕磨細(xì)水泥灌漿壓力采用帷幕灌漿中間排Ⅲ序孔的灌漿壓力（3.5 MPa）。灌漿采用 5個(gè)比級(jí)（3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1）的水灰比，開(kāi)灌水灰比為3∶1（或2∶1）。在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注60 min，可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后待凝12 h，然后擴(kuò)孔進(jìn)行化學(xué)灌漿。

化學(xué)灌漿壓力按不超過(guò)濕磨細(xì)水泥灌漿壓力80%控制（2.5 MPa）。灌漿時(shí)采取低壓慢灌的方法逐步升至設(shè)計(jì)壓力，灌漿泵壓力按4～5級(jí)設(shè)定，當(dāng)達(dá)到或接近化學(xué)灌漿泵壓力設(shè)定值，且注入率低于0.1 kg/min，持續(xù)時(shí)間超過(guò)1 h后，可升高化學(xué)灌漿泵設(shè)定壓力到下一級(jí)，直到壓力升至最大設(shè)計(jì)壓力，并在最大設(shè)計(jì)壓力下達(dá)到注入率≤0.01 kg/min，屏漿1 h即可結(jié)束灌漿；對(duì)于持續(xù)灌漿時(shí)間超過(guò)72 h的孔段，可在注入率≤0.05 kg/min后，屏漿1 h結(jié)束灌漿。

灌漿結(jié)束后，關(guān)閉回漿閥和進(jìn)漿閥，待壓力表讀數(shù)歸零后，用0.5∶1水泥漿置換管孔中漿液并拔管清洗，置換后待凝24 h可進(jìn)行下一段灌漿作業(yè)。全孔灌漿結(jié)束后，灌漿孔采用0.5∶1水泥漿進(jìn)行全孔灌漿封孔。

3.4 試驗(yàn)質(zhì)量檢查與成果分析

3.4.1 檢查孔壓水成果分析

采用五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，壓力按0.3、0.6、1.0、0.6、0.3 MPa逐級(jí)變壓，壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3?？芍瑥?fù)合灌漿后各破碎帶透水率降低明顯。

左非9壩段做全壓力為1.095 MPa的疲勞壓水試驗(yàn)，2區(qū)檢查孔經(jīng)過(guò)72 h疲勞壓水后透水率仍為0；1區(qū)檢查孔在經(jīng)過(guò)54.5 h壓水試驗(yàn)后，透水率為0.04 Lu，且隨著疲勞壓水時(shí)間的延長(zhǎng)透水率增大，56.5 h為2.42 Lu。為防止疲勞壓水試驗(yàn)對(duì)試區(qū)地層和帷幕產(chǎn)生破壞，停止疲勞壓水試驗(yàn)。從疲勞壓水結(jié)果來(lái)看，2區(qū)檢查孔效果優(yōu)于1區(qū)。

泄5至泄6壩段做全壓力為2.265 MPa的疲勞壓水試驗(yàn)，經(jīng)72 h透水率為0；對(duì)灌后檢查孔進(jìn)行破壞性壓水試驗(yàn)，經(jīng)99 h壓水，全壓力達(dá)到

3.765 MPa時(shí)，出現(xiàn)破壞跡象，水力破壞坡降為263.29，而帷幕灌漿前水力破壞坡降為21，灌后提高了11.54倍?？梢哉J(rèn)為，經(jīng)復(fù)合灌漿后擠壓破碎帶和撓曲核部破碎帶透水性明顯下降，同時(shí)強(qiáng)度也得到較大提升。

3.4.2 灌后檢查孔聲波測(cè)試

采用單孔法進(jìn)行聲波測(cè)試。復(fù)合灌漿檢查孔聲波測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

普通水泥灌漿后平均波速3 703 m/s，波速小于3 000 m/s的比例為7.41%，大于3 500 m/s的比例為71.60%。左非9壩段1區(qū)、2區(qū)擠壓破碎帶灌后波速平均值分別為3 378 m/s和3 189 m/s，均低于灌前平均波速，但在泄5至泄6階段撓曲核部破碎帶灌漿后平均波速比灌前提高16.8%，波速小于2 500 m/s

的比例由灌前75%降為0，2 500～3 000 m/s的比例由25%上升到74%，波速大于3 000 m/s的比例由0提高到26%，波速改善明顯。說(shuō)明化學(xué)漿液能填充水泥漿液不能到達(dá)的細(xì)微裂隙，灌后巖體的均一性得到顯著改善。

3.4.3 灌后檢查孔芯樣

從檢查孔鉆孔取芯情況看，部分芯樣在裂隙中可見(jiàn)水泥結(jié)石，表明水泥漿對(duì)較大裂隙起到封堵作用。擠壓破碎帶和撓曲核部破碎帶影響帶芯樣微細(xì)裂隙中環(huán)氧樹(shù)脂漿液充填飽滿(mǎn)，芯樣較完整，含泥質(zhì)砂層段巖芯裂隙中可見(jiàn)大量黃色環(huán)氧樹(shù)脂漿液充填，泥質(zhì)碎屑被膠結(jié)成柱狀；粉細(xì)砂被黃色的環(huán)氧樹(shù)脂漿液固結(jié)成巖石狀，強(qiáng)度高。表明CW系環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料巖體的充填和浸潤(rùn)效果較好，對(duì)夾泥層和碎屑狀巖體有一定的處理效果。部分芯樣見(jiàn)圖4。

3.5 小結(jié)與建議

復(fù)合灌漿試驗(yàn)后檢查成果顯示：檢查孔透水率比復(fù)合灌漿前平均透水率均有所降低，其中撓曲破碎帶由灌漿前平均透水率3.05 Lu降為0.075 Lu，做全壓力疲勞壓水試驗(yàn)，經(jīng)72 h透水率為0，水力破壞坡降比灌前提高11.54倍，灌漿后平均波速比灌前提高達(dá)16.8%。取芯樣情況表明CW系環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料對(duì)破碎帶有很好的浸潤(rùn)效果。

因此，在前期水泥帷幕灌漿的基礎(chǔ)上，采取先灌濕磨細(xì)水泥，后擴(kuò)孔進(jìn)行化學(xué)灌漿的濕磨細(xì)水泥-化學(xué)“同孔復(fù)合”的灌漿工藝是可行的。試驗(yàn)中所采用的灌漿壓力為不超過(guò)帷幕普通水泥灌漿最大灌漿壓力的80%（最大2.5 MPa），復(fù)合灌漿孔的孔間距為1 m，段長(zhǎng)≤5 m，是合理的。CW系環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料對(duì)破碎帶具有很好的浸潤(rùn)性和滲透性。

由于擠壓破碎帶和撓曲破碎帶巖體巖相多變，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，巖性不均勻等原因，在實(shí)際應(yīng)用中提出如下建議：一是對(duì)擬開(kāi)展化學(xué)灌漿的區(qū)域采取孔內(nèi)復(fù)合灌漿工藝。實(shí)際灌漿中為節(jié)省工期可先一次性灌完全孔段濕磨細(xì)水泥，再逐段擴(kuò)孔進(jìn)行化學(xué)灌漿，濕磨細(xì)灌漿壓力宜采用帷幕普通水泥灌漿的最大灌漿壓力。二是為提高壩基帷幕長(zhǎng)期高水頭作用下的耐久性和穩(wěn)定性，并達(dá)到較好的防滲效果，壩基撓曲核部破碎帶的補(bǔ)強(qiáng)加固處理用化學(xué)灌漿材料，建議選用CW系高滲透性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。三是化學(xué)灌漿設(shè)計(jì)壓力宜采用帷幕普通水泥灌漿最大灌漿壓力的80%，原則上不超過(guò)帷幕普通水泥灌漿的最大灌漿壓力。若達(dá)不到該化學(xué)灌漿設(shè)計(jì)壓力，在灌漿量達(dá)到足夠化學(xué)灌漿滲透范圍的前提下可適當(dāng)降低化學(xué)灌漿壓力，但應(yīng)嚴(yán)格化學(xué)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于注入率和純灌時(shí)間的規(guī)定。四是考慮到化學(xué)漿液擴(kuò)散范圍有限且隨巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，化學(xué)灌漿孔距不宜大于1 m，為保證更好的灌漿效果，可間孔穿插布置一排排距1 m，孔距2 m的化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)孔。

4 溪洛渡水電站玄武巖錯(cuò)動(dòng)帶復(fù)合灌漿試驗(yàn)

溪洛渡水電站是金沙江干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的倒數(shù)第二個(gè)梯級(jí)，大壩基礎(chǔ)均為二疊系玄武巖，在395～341 m高程主要分布致密狀玄武巖和含斑玄武巖，層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和節(jié)理裂隙較發(fā)育。河床部位基巖在300 m高程分布有層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶及節(jié)理裂隙。層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶一般厚度為5～10 cm，主要為粗顆粒的玄武巖角礫、碎塊，部分充填少量巖屑和泥質(zhì)，透水性較強(qiáng)，易形成透水帶。蓄水后，河床壩段帷幕最高將承受近300 m高水頭的壓力，在高水頭的長(zhǎng)期作用下，層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶的破碎巖體可能發(fā)生進(jìn)一步破壞，而隨著一些泥砂質(zhì)在長(zhǎng)期滲漏過(guò)程中不斷流失，最終會(huì)形成孔洞，破壞帷幕的完整性，引發(fā)安全問(wèn)題。

河床壩段基巖破碎帶分布集中區(qū)域雖然經(jīng)過(guò)水泥灌漿及細(xì)水泥補(bǔ)灌，但因巖層的特殊性和處理方式的局限性，仍不能達(dá)到理想的效果。為提高帷幕強(qiáng)度，擬在河床壩段開(kāi)展水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)，研究復(fù)合灌漿對(duì)該地層的可灌性以及參數(shù)和方案的選擇，并指導(dǎo)后續(xù)工作。

4.1 試驗(yàn)壩段及孔位布置

在河床壩段16壩段全壩段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)，復(fù)合灌漿處理深度為入巖25 m。參考前期帷幕灌漿、補(bǔ)強(qiáng)灌漿及檢查孔布孔方案，本次試驗(yàn)共布置兩排共26個(gè)復(fù)合灌漿孔，第一排位于原帷幕灌漿孔上游排和中間排之間，第二排位于原帷幕灌漿孔中間排和下游排之間，孔距2.0 m，排距1.3 m，位于橫縫附近的灌漿孔孔距適當(dāng)縮小，以避開(kāi)橫縫止水。兩排孔呈三角形分布，分兩序進(jìn)行復(fù)合灌漿施工。

4.2 復(fù)合灌漿工藝

試驗(yàn)采用水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿中的“自上而下分段灌漿法”，進(jìn)行濕磨細(xì)水泥-環(huán)氧樹(shù)脂漿液“同孔復(fù)合”灌漿，濕磨細(xì)水泥灌漿采用孔口封閉進(jìn)行循環(huán)式灌漿，化學(xué)灌漿采用孔內(nèi)阻塞進(jìn)行純壓式灌漿。施工時(shí)鉆孔次序與灌漿次序要保持一致，不允許一次成孔和任意開(kāi)孔。同一排相鄰的兩個(gè)同序孔之間或不同排相鄰的兩個(gè)同序孔之間在巖石中鉆孔灌漿的高差不得小于15 m。為加快施工進(jìn)度，允許對(duì)一個(gè)單元范圍內(nèi)的同排孔鉆埋孔口管?？傮w試驗(yàn)程序?yàn)棰裥蚩住蛐蚩住鷻z查孔。

濕磨細(xì)水泥灌漿壓力為原帷幕灌漿三序孔的灌漿壓力，即第一段按2.5～3.5 MPa控制，第二段按4.0～5.0 MPa控制，第三段及以下各段按5.0～5.5 MPa控制。逐級(jí)升壓至設(shè)計(jì)壓力。帷幕水泥-化學(xué)灌漿段起始段長(zhǎng)度分別為2.0 m和3.0 m，以下長(zhǎng)度均采用5.0 m。水泥灌漿水灰比（重量比）有3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1（或0.5∶1）5個(gè)比級(jí)。開(kāi)灌水灰比為3∶1或2∶1，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。灌漿段應(yīng)在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/ min后，繼續(xù)灌注60 min，灌漿即可結(jié)束。

CW系環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿采用“自上而下分段灌漿，孔內(nèi)阻塞純壓式灌漿法”施工，阻塞器阻塞于被灌段頂部上方0.5 m處。灌漿過(guò)程以“逐級(jí)升壓、緩慢浸潤(rùn)”為原則，每段灌漿壓力結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，緩慢升壓，按4級(jí)進(jìn)行升壓，初始?jí)毫Σ淮笥谧畲蠊酀{壓力的1/3，第二級(jí)、第三級(jí)及最后級(jí)灌漿壓力分別為最大壓力的1/2、1/1.25及最大壓力?；瘜W(xué)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在層間錯(cuò)動(dòng)帶上部分段最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.02 kg/min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min或達(dá)到膠凝時(shí)間，可結(jié)束該段灌漿；在層間錯(cuò)動(dòng)帶段最大設(shè)計(jì)壓力下，達(dá)到不吸漿或注入率不大于0.01 kg/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min或達(dá)到膠凝時(shí)間，可結(jié)束該段灌漿。亦可根據(jù)灌漿情況當(dāng)持續(xù)灌漿時(shí)間超過(guò)72 h，將灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬至0.05 kg/min。由于各部位地層結(jié)構(gòu)不均一，針對(duì)某些特定的不良地質(zhì)體，灌漿結(jié)束注入率標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)灌漿效果適當(dāng)下調(diào)。

4.3 試驗(yàn)質(zhì)量檢查與成果分析

復(fù)合灌漿試驗(yàn)完成后對(duì)檢查孔進(jìn)行了質(zhì)量檢查。每一段鉆孔取芯完成后均進(jìn)行五點(diǎn)法壓水檢查，最大壓水壓力為2.0～2.5 MPa。檢查孔鉆孔終孔后，對(duì)其進(jìn)行聲波測(cè)試與孔內(nèi)攝像。

結(jié)果表明，各段壓水透水率均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，最大透水率為0.14 Lu，表明復(fù)合灌漿效果良好。各檢查孔均取得了一些較好的芯樣，可以看到CW環(huán)氧漿材不僅能滲入水泥漿液無(wú)法進(jìn)入的細(xì)微裂隙，對(duì)巖石碎塊和碎屑也有很好的粘接效果，部分檢查孔芯樣照片見(jiàn)圖5。

在檢查孔芯樣中既有水泥漿結(jié)石，同時(shí)在巖芯裂隙中環(huán)氧漿液填充飽滿(mǎn)，說(shuō)明復(fù)合灌漿中水泥漿對(duì)基巖較大裂隙進(jìn)行有效封堵，同時(shí)環(huán)氧漿液滲入微裂隙中提高了基礎(chǔ)的抗?jié)B性和強(qiáng)度。

在16壩段347 m灌漿廊道帷幕線(xiàn)施工區(qū)域，布置3個(gè)復(fù)合灌漿灌檢查孔，根據(jù)該區(qū)域復(fù)合灌漿灌前、灌后鉆孔統(tǒng)計(jì)，全區(qū)整體聲波檢查分析見(jiàn)表4?？芍?6壩段在帷幕線(xiàn)區(qū)域全孔段復(fù)合灌漿后單孔聲波平均速度提高了4.2%；小于4 000 m/s的聲波波速值降低了4.7%；大于5 000 m/s的聲波波速值上升了12.0%。說(shuō)明復(fù)合灌漿起到了改善巖層地質(zhì)條件的作用。

4.4 小結(jié)與建議

復(fù)合灌漿試驗(yàn)后檢查成果顯示：檢查孔透水率比復(fù)合灌漿前平均透水率均有所下降；灌漿后平均波速比灌漿前提高4.2%；從檢查孔芯樣可以看出CW環(huán)氧漿材不僅能深入水泥漿液無(wú)法進(jìn)入的細(xì)微裂隙，對(duì)巖石碎塊和碎屑也有很好的粘結(jié)效果。

同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)施工特性、灌注過(guò)程中各種現(xiàn)象的分析總結(jié)，確定壩基帷幕高水頭下層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿采用同孔復(fù)合、孔內(nèi)阻塞工藝能有效補(bǔ)強(qiáng)加固帷幕。具體工藝控制參數(shù)如下。

（1）化學(xué)灌漿開(kāi)灌標(biāo)準(zhǔn)。灌漿前應(yīng)對(duì)透水率大和涌水的孔先進(jìn)行水泥灌漿，控制地下水的流動(dòng)速度和對(duì)漿液的稀釋與沖蝕，盡量減少地下水滲流對(duì)化學(xué)漿液擴(kuò)散的影響。建議開(kāi)灌時(shí)要求被灌部位透水率達(dá)到2 Lu，以保證防滲補(bǔ)強(qiáng)效果和灌漿效率。

（2）灌漿壓力控制。灌漿起始?jí)毫?yīng)該大于鉆孔涌水壓力0.2 MPa，最大灌注壓力比該處水頭壓力大1.5 MPa，但需遵循設(shè)計(jì)提出的不大于5 MPa的要求，以防發(fā)生裂隙劈裂。建議在不導(dǎo)致錯(cuò)動(dòng)帶變形破壞情況下，可快速升壓，以提高工效。

（3）孔距設(shè)定。試驗(yàn)確定孔距為2 m。

（4）灌漿時(shí)間控制?？紤]到層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶的地質(zhì)特點(diǎn)和高水位庫(kù)水作用，采用平均4～5 MPa壓力灌漿時(shí)，壩軸向擴(kuò)散半徑大于1.1 m，建議灌漿時(shí)間不少于25 h。

（5）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)化灌達(dá)到結(jié)束壓力且流量小于0.01 kg/min時(shí)，連續(xù)灌注60 min后可結(jié)束灌漿；單耗已超過(guò)60 kg/m時(shí)，可將灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬至0.05 kg/min。

5 烏東德水電站B類(lèi)角礫巖復(fù)合灌漿試驗(yàn)

烏東德水電站是金沙江下游河段四個(gè)水電梯級(jí)中的最上游梯級(jí)，大壩右岸高程850 m灌漿平洞段位于Pt2l3-1地層，巖性主要為中厚層大理巖、互層～中厚層灰?guī)r、中厚層灰?guī)r夾大理巖，且發(fā)育B類(lèi)角礫巖。左岸地下廠(chǎng)房頂拱存在較大規(guī)模B類(lèi)角礫巖，是壩址區(qū)局部灰?guī)r、白云巖、大理巖等巖體受構(gòu)造或其他因素影響先破碎成角礫，后期在低溫?zé)嵋旱刭|(zhì)環(huán)境條件下又重新膠結(jié)形成具有局部團(tuán)塊特征的一類(lèi)特殊巖體。

角礫巖角礫成分為白云巖及灰?guī)r，含量一般約40%，主要呈弱-微風(fēng)化狀，局部風(fēng)化色變呈灰黃色。角礫巖與周邊正常巖體沒(méi)有明顯接觸面，接觸關(guān)系似“熔融接觸”。

B類(lèi)角礫巖巖體聲波值平均值為4 350 m/s，比圍巖波速小約1 000 m/s，表明B類(lèi)角礫巖巖體質(zhì)量相對(duì)周?chē)規(guī)r和白云巖較差。角礫巖所處部位采用水泥灌漿和磨細(xì)水泥灌漿后仍不滿(mǎn)足防滲標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，開(kāi)展了針對(duì)性的超細(xì)水泥-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)，探索“自下而上”化學(xué)灌漿方式的可行性，比選“同孔”和“異孔”復(fù)合灌漿方式，確定復(fù)合灌漿工藝參數(shù)。

5.1 試驗(yàn)方案

在大壩右岸高程850 m灌漿平洞B類(lèi)角礫巖溶蝕區(qū)（樁號(hào)K0+237～K0+261m）段補(bǔ)充化學(xué)灌漿孔位于原設(shè)計(jì)兩排帷幕中間，新增化灌孔為鉛直孔，選擇18個(gè)鉆孔分兩序施工，孔距為1.5 m和1.0 m。主要開(kāi)展以下幾項(xiàng)試驗(yàn)。

（1）自上而下分段超細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)。為探索分段先超細(xì)水泥灌漿、后擴(kuò)孔化學(xué)灌漿方法的灌漿效果與生產(chǎn)效率，在右岸高程850 m灌漿平洞選擇9個(gè)試驗(yàn)灌漿孔，自上而下分段先超細(xì)水泥灌漿，待水泥灌漿結(jié)束后再擴(kuò)孔化學(xué)灌漿，水泥灌漿采用孔口封閉灌漿。

（2）自下而上化學(xué)灌漿試驗(yàn)。為比較優(yōu)化施工工藝，提高生產(chǎn)效率，滿(mǎn)足灌漿質(zhì)量要求，待9個(gè)試驗(yàn)灌漿孔超細(xì)水泥灌漿結(jié)束后，再擴(kuò)孔化學(xué)灌漿，選擇1個(gè)試驗(yàn)孔和另一個(gè)試驗(yàn)孔的孔底兩段，探索了自下而上化學(xué)灌漿施工工藝，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，優(yōu)化段長(zhǎng)及灌漿壓力、化學(xué)灌漿材料配合比、升壓方式、灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等工藝參數(shù)。

（3）同孔與異孔復(fù)合灌漿對(duì)比試驗(yàn)。超細(xì)水泥灌漿結(jié)束后，選擇兩個(gè)試驗(yàn)孔分別向右方向平移0.65 m、0.50 m，采用Φ76mm鉆具造孔到孔底，開(kāi)展同孔復(fù)合灌漿和異孔復(fù)合灌漿化學(xué)灌漿比較試驗(yàn)。同時(shí)，結(jié)合分段壓水試驗(yàn)、灌漿單耗量和孔內(nèi)物探結(jié)果分析同孔復(fù)合灌漿的灌漿效果，確定復(fù)合灌漿方式。

5.2 復(fù)合灌漿工藝試驗(yàn)

5.2.1 自上而下超細(xì)水泥灌漿

采用52.5超細(xì)水泥，強(qiáng)度等級(jí)≥42.5，最大粒徑D90＜20 ?m，平均粒徑D50＜8 ?m。水泥灌漿時(shí)第1段采用孔內(nèi)阻塞法灌漿，第2段及以下各段采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)法”灌漿。漿液水灰比采用5：1、3：1等2個(gè)比級(jí)，開(kāi)灌水灰比一般為5：1。漿液應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換，漿液變換遵循如下原則。

（1）當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變漿液水灰比。

（2）當(dāng)某級(jí)漿液注入量達(dá)600 L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)45 min以上，而灌漿壓力和注入率均無(wú)顯著改變時(shí)，可換濃一級(jí)水灰比漿液灌注。

5.2.2 自下而上超細(xì)水泥灌漿

水泥灌漿材料同上，采用52.5超細(xì)水泥。水泥灌漿主要設(shè)備采用ZF-A45型增強(qiáng)注水封孔器，孔底第1段及以上各段采用“孔內(nèi)封閉、自下而上分段、孔內(nèi)循環(huán)法”灌漿。漿液水灰比及變漿原則同上。

5.2.3 化學(xué)灌漿工藝

對(duì)已進(jìn)行超細(xì)水泥灌漿的試驗(yàn)孔，采用自下而上分段化學(xué)灌漿，進(jìn)行異孔復(fù)合灌漿；對(duì)未進(jìn)行超細(xì)水泥灌漿的試驗(yàn)孔，直接采用自下而上分段化學(xué)灌漿，也就是同孔復(fù)合灌漿。采用孔內(nèi)阻塞、純壓式灌漿，分二序施工。選用CW510系列高滲透性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。灌漿過(guò)程以“逐級(jí)升壓、緩慢浸潤(rùn)”為原則，每段灌漿壓力結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，緩慢升壓，按4級(jí)進(jìn)行升壓，初始?jí)毫Σ淮笥谧畲蠊酀{壓力的1/3、第二級(jí)、第三級(jí)及最后級(jí)灌漿壓力分別為最大壓力的1/2、1/1.25及最大壓力。在該段最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.02 kg/min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min，屏漿，達(dá)到該段化學(xué)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 灌漿工藝確定

超細(xì)水泥和化學(xué)灌漿后單位注灰量區(qū)間分布見(jiàn)圖6，可知：

（1）自上而下分段超細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)共計(jì)完成超細(xì)水泥灌漿109段，灌前平均透水率7.64 Lu，平均單位注灰量39.0 kg/m。灌漿過(guò)程中普遍存在失水回濃問(wèn)題，且出現(xiàn)較多次鉆桿卡塞現(xiàn)象。從灌前透水率區(qū)間分布及變化情況來(lái)看，該部位超細(xì)水泥灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)無(wú)明顯效果。

（2）自下而上分段超細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)選取2個(gè)灌漿孔進(jìn)行了“自下而上、孔內(nèi)分段阻塞超細(xì)水泥灌漿”工藝試驗(yàn)。結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)超細(xì)水泥灌漿平均透水率0.83 Lu及最大透水率1.29 Lu，水泥灌漿進(jìn)漿量普遍較?。ǎ?0.0 kg/m），灌漿過(guò)程中未出現(xiàn)失水回濃、卡塞等異常情況。為節(jié)約工期，直接采用“自下而上、孔內(nèi)分段阻塞”的化學(xué)灌漿工藝。

（3）自下而上化學(xué)灌漿試驗(yàn)選取3個(gè)灌漿孔進(jìn)行了“自下而上、孔內(nèi)分段阻塞化學(xué)灌漿”工藝試驗(yàn)。結(jié)果表明，灌漿過(guò)程正常，未出現(xiàn)繞塞、串孔等異常情況，且有兩個(gè)孔的孔底段單耗量較高，分別達(dá)到了47.5、70.8 kg/m，證明了自下而上化學(xué)灌漿工藝的可行性。

（4）同孔與異孔復(fù)合灌漿對(duì)比試驗(yàn)表明異孔后單耗量顯著增長(zhǎng)。此外，通過(guò)壓水試驗(yàn)可知，異孔試驗(yàn)孔透水率低于1.5 Lu；結(jié)合孔內(nèi)電視錄像結(jié)果分析可知，經(jīng)過(guò)超細(xì)水泥灌漿后，同孔Φ56 mm試驗(yàn)孔外壁周?chē)艘粚铀酀{，存在封堵化學(xué)灌漿通道的可能性，且超細(xì)水泥標(biāo)號(hào)高強(qiáng)度高，較難在設(shè)計(jì)灌漿壓力內(nèi)突破形成多條化學(xué)灌漿滲透通道。因此，對(duì)于已進(jìn)行超細(xì)水泥灌漿的試驗(yàn)段，選擇異孔化學(xué)灌漿更有利于提高灌漿質(zhì)量。

5.4 試驗(yàn)質(zhì)量檢查與成果分析

大壩右岸高程850 m灌漿平洞水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)完成后，按每單元灌漿總孔數(shù)的10%共布置壓水檢查孔3個(gè)，進(jìn)行取芯與壓水試驗(yàn)，并進(jìn)行孔內(nèi)電視錄像。

壓水試驗(yàn)采取自上而下分段單點(diǎn)法壓水，檢查孔各段壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7，檢查孔芯樣照片見(jiàn)圖8。取芯結(jié)果表明，在最大孔深75 m處能取出完整巖芯，漿材能夠有效灌入溶蝕帶中的方解石裂隙，且填充飽滿(mǎn)，粘接牢固，同時(shí)充填漏水通道中的大孔隙和巖體中的微細(xì)裂隙（縫寬＜0.1 mm）。

5.5 小結(jié)與建議

采用“自下而上、孔內(nèi)分段阻塞、異孔復(fù)合”的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿工藝能有效處理B類(lèi)角礫巖溶蝕帶，實(shí)現(xiàn)防滲加固。

化學(xué)灌漿孔距為1.0 m，采用異孔復(fù)合灌漿的試驗(yàn)孔，原則上均平移0.5 m。如試驗(yàn)孔布置與現(xiàn)場(chǎng)已實(shí)施孔重合，建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)孔位再平移±20 cm。

化學(xué)灌漿過(guò)程以“逐級(jí)升壓、緩慢浸潤(rùn)”為原則，每段灌漿壓力結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，緩慢升壓，按4級(jí)進(jìn)行升壓，初始?jí)毫Σ淮笥谧畲蠊酀{壓力的1/3、第二級(jí)、第三級(jí)及最后級(jí)灌漿壓力分別為最大壓力的1/2、1/1.25及最大壓力。

6 復(fù)合灌漿技術(shù)應(yīng)用

通過(guò)在三峽F215斷層花崗巖泥化夾層破碎帶、向家壩左非9壩段擠壓破碎帶和右岸泄5至泄6壩段撓曲核部破碎帶、溪洛渡16壩段玄武巖層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和烏東德右岸高程850 m灌漿平洞B類(lèi)角礫巖溶蝕帶開(kāi)展的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，確定了不同不良地質(zhì)體復(fù)合灌漿處理工藝參數(shù)如排距、孔距、灌漿壓力、開(kāi)灌條件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及灌漿質(zhì)量檢查方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等，優(yōu)選出適合各類(lèi)不良地質(zhì)體防滲補(bǔ)強(qiáng)加固的水泥灌漿材料和化學(xué)灌漿材料，并在相應(yīng)工程類(lèi)似基礎(chǔ)處理中得到成功應(yīng)用。以下簡(jiǎn)單介紹典型工程應(yīng)用情況。

6.1 三峽工程

三峽垂直升船機(jī)上閘首位于大壩左岸，布置在7和8非溢流壩段之間，由于閘首結(jié)構(gòu)特殊、受力復(fù)雜，地基存在性狀較差的F548對(duì)閘首結(jié)構(gòu)受力和變形影響不利，必須對(duì)該斷層進(jìn)行灌漿加固處理，以增加斷層周?chē)鷰r體的強(qiáng)度，確保建筑物的安全。為此，采用普通水泥-CW環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合灌漿技術(shù)對(duì)該斷層進(jìn)行了處理。灌后檢查表明，平均巖芯獲取率高達(dá)96%，壓水透水率合格率100%，巖體的變形模量和彈性模量均有提高，芯樣微觀觀測(cè)發(fā)現(xiàn)CW環(huán)氧在巖石裂隙中連續(xù)、均勻，與巖石膠結(jié)緊密，灌漿質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

三峽主體建筑物永久船閘南閘首和南五閥門(mén)井分別存在F1050、F1096斷層，斷層以碎裂巖為主，呈疏松-半疏松、半疏松-半堅(jiān)硬狀，對(duì)建筑物某些部位的基礎(chǔ)應(yīng)力傳遞極為不利。為此，根據(jù)斷層巖體性狀的所處部位結(jié)構(gòu)分別采用濕磨細(xì)水泥-CW環(huán)氧和普通水泥-CW環(huán)氧復(fù)合灌漿技術(shù)對(duì)F1050、F1096斷層進(jìn)行處理。灌后檢查結(jié)果表明，F(xiàn)1050斷層灌后透水率基本為0，彈性模量比灌前提高3.4 GPa；F1096斷層達(dá)到了灌后變形模量≥8 GPa，壓水透水率≤1 Lu等多方面整體綜合評(píng)定的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，改善了閥門(mén)井的結(jié)構(gòu)受力條件，開(kāi)創(chuàng)了超深孔（孔深達(dá)103 m）高壓復(fù)合灌漿的先河。

6.2 溪洛渡水電站

溪洛渡水電站蓄水至水庫(kù)死水位540 m，發(fā)現(xiàn)大壩防滲帷幕總體效果較好，但右岸AGR2（395 m高程）、AGR1（347 m高程）、ADR1（341 m高程）廊道內(nèi)的滲水較為嚴(yán)重，且隨蓄水位的增加滲流量有所增大。分析發(fā)現(xiàn)河床14～19壩段基礎(chǔ)一定范圍內(nèi)發(fā)育部分Ⅲ2級(jí)巖體及層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和節(jié)理裂隙，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶較發(fā)育透水性相對(duì)較強(qiáng)。大壩AGR1、AGR2灌漿平洞部分洞段圍巖裂隙存在滲水，長(zhǎng)期滲漏將影響局部洞室穩(wěn)定，且存在壩基滲透破壞的風(fēng)險(xiǎn)。為確保大壩長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止產(chǎn)生滲透破壞，為此，有針對(duì)性地采用濕磨細(xì)水泥-CW環(huán)氧復(fù)合灌漿技術(shù)對(duì)河床壩段的層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶進(jìn)行處理。同時(shí)，灌漿平洞先采用淺層復(fù)合灌漿封閉后進(jìn)行混凝土襯砌處理方案，對(duì)該部位深孔帷幕進(jìn)行復(fù)合灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理。

灌后檢查孔平均透水率均小于0.5 Lu，芯樣漿液充填飽滿(mǎn)，膠結(jié)良好，抗壓強(qiáng)度50～103 MPa，劈裂強(qiáng)度4.8～13.6 MPa。針對(duì)高水頭下帷幕錯(cuò)動(dòng)帶透水性強(qiáng)、裂隙擠壓鑲嵌緊密的特性，提出了同孔復(fù)合灌漿方式，形成了“逐級(jí)快速升壓”的漿液固化時(shí)間、壓力、灌漿量三參數(shù)控制方法，實(shí)現(xiàn)了高水頭下帷幕層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶防滲補(bǔ)強(qiáng)，有效提高了壩基滲透穩(wěn)定性和帷幕耐久性。

7 結(jié) 論

長(zhǎng)江上游巨型電站多位于高山峽谷，地質(zhì)條件復(fù)雜，常遭遇不良地質(zhì)體、微細(xì)裂隙發(fā)育等復(fù)雜巖體。針對(duì)上述復(fù)雜地質(zhì)體防滲加固補(bǔ)強(qiáng)處理的技術(shù)難題，通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，開(kāi)展了高性能化學(xué)灌漿材料、水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿精細(xì)控制技術(shù)的研究與應(yīng)用。

（1）針對(duì)復(fù)雜巖體難以有效浸潤(rùn)、固結(jié)的難題，通過(guò)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂材料主劑改性，固化劑中改性高分子胺替代小分子多元胺等分子結(jié)構(gòu)調(diào)控手段，制備了環(huán)保性較好的活性稀釋劑及固化劑體系的高性能灌漿材料。該材料具有高強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度＞80 MPa）、高浸潤(rùn)滲透性（初始粘度低至6 mPa·s，與巖體接觸角低至0℃）、膠凝時(shí)間大范圍精確可調(diào)（2～106 h）、水下固結(jié)性能好（濕粘接強(qiáng)度＞4 MPa）和環(huán)保無(wú)毒（LD50＞5 000 mg/kg）等性能。

（2）針對(duì)復(fù)雜巖體、微細(xì)裂隙發(fā)育等特性，提出了“同孔復(fù)合”“異孔復(fù)合”灌漿工藝，形成了“逐級(jí)快速升壓”的材料粘度、膠凝時(shí)間和灌漿壓力等多工藝參數(shù)聯(lián)合調(diào)節(jié)的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿精細(xì)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有壓水和動(dòng)水條件下低滲性（滲透系數(shù)低至10-8 cm/s量級(jí)）不良地質(zhì)體的有效處理。

（3）形成的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)成功應(yīng)用于三峽工程、溪洛渡水電站、向家壩水電站、烏東德水電站等長(zhǎng)江上游巨型電站，保障了工程安全運(yùn)行和工程效益發(fā)揮，為國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)和保障水安全提供重要技術(shù)支撐，助力長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展。

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Application of Composite Grouting Technology in Foundation Treatment of Giant Power Station Group in the Upper Reaches of the Yangtze River

LI? Zhen，LI Yujie

（Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Abstract：In the upper reaches of the Yangtze River，most giant power stations are located in high mountainous valleys with complex geological conditions. The foundation of buildings usually faces unfavorable geological bodies and micro-cracking. Reinforcement and grouting treatment for the seepage control of such unfavorable geological bodies is a technical challenge. To address this issue，we conducted research and application of high-performance chemical grouting materials and cement-chemical composite grouting technology with fine control capability through indoor and on-site production tests. We developed a high-strength，high-impregnation penetration epoxy resin grouting material with the ability to precisely adjust gel setting time in a wide range. Meanwhile，it is also environmentally friendly and non-toxic with good underwater consolidation properties. We established the grouting process of “same-hole composite”and“different-hole composite”，and the fine control technology of cement-chemical composite grouting，which allows for the joint regulation of a variety of process parameters such as viscosity，gelling time，and grouting pressure. Our tests have effectively addressed low-permeability geologic bodies under pressurized and moving water conditions. The findings have been successfully applied to the Three Gorges Project，Xiluodu Hydroelectric Power Station，Xiangjiaba Hydroelectric Power Station，Wudongde Hydroelectric Power Station and other giant power stations in the upper reaches of the Yangtze River. This study serves as a guarantee for the safe operation and benefits of these crucial projects，and provides vital support for the construction of the national water network and contributes to the high-quality development of the Yangtze River Economic Belt.

Key words：composite grouting；the upper reaches of Yangtze River；giant power stations；unfavorable geological body；basic treatment

收稿日期：2023-08-16

作者簡(jiǎn)介：李 珍，女，正高級(jí)工程師（專(zhuān)業(yè)技術(shù)二級(jí)），主要從事水工新材料和水工建筑物缺陷修補(bǔ)防護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用。

E-mail：lizhen@mail.crsri.cn