672-高摩赞大坝枢纽工程坝基坝肩生产性固结灌浆试验施工1105.docx

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1、高摩赞大大坝枢纽纽工程坝坝基坝肩肩生产性性固结灌灌浆试验验施工张开军（中国水水利水电电第七工工程局成成都水电电建设工工程有限限公司，四四川成都都，61111330）【摘要】高高摩赞大大坝枢纽纽工程地地质条件件复杂，大大坝固结结灌浆对对于大坝坝安全有有重要影影响。本本文对该该项目固固结灌浆浆试验进进行了全全面、完完整的分分析、阐阐述。【关键词词】灌浆浆试验 单位耗耗灰量 压水试试验 体体声波 地震波波1. 工程概况况高摩赞大大坝枢纽纽工程是是以农业业灌溉为为主兼顾顾防洪和和发电的的综合利利用工程程。挡水水建筑物物为碾压压式混凝凝土曲线线形重力力坝。大大坝高约约1333m，总总库容114亿mm3，

2、总装装机容量量为177MW。坝坝址区基基岩主要要为灰岩岩夹泥质质灰岩、砂砂质页岩岩，以薄薄层状为为主，局局部夹极极薄层状状、中厚厚层状灰灰岩。受受构造、卸卸荷及风风化作用用的影响响，岩体体破碎，完完整性差差。2. 试验目的的通过勘察察，发现现坝址区区的岩体体质量在在天然条条件下不不能满足足作为混混凝土坝坝的要求求，需要要采取固固结灌浆浆措施，故故结合生生产进行行本次固固结灌浆浆试验。针对坝址址区工程程地质条条件和主主要工程程地质问问题，本本次生产产性固结结灌浆试试验的主主要目的的有：（1）论论证坝基基岩体采采用水泥泥固结灌灌浆处理理方法的的可行性性和可靠靠性。（2）为为灌浆施施工提供供合理的的

3、施工程程序、施施工工艺艺；选择择适宜的的灌浆材材料和浆浆液配合合比。（3）对对灌浆施施工所需需的主要要技术参参数，如如：灌浆浆孔的间间排距、孔孔深、灌灌浆压力力等，提提出合理理的建议议，为灌灌浆设计计和施工工技术要要求提供供依据。（4）通通过对灌灌浆后岩岩体的地地球物理理测试、孔孔内压水水试验、灌灌浆后岩岩体的平平板载荷荷试验等等，了解解经灌浆浆处理后后岩体质质量的改改善程度度、均一一性及变变形特性性，为优优化设计计提供依依据。（5）通通过灌浆浆，提高高岩体的的均一性性和完整整性，提提高岩体体模量。3. 灌浆试验验场地选选择本次生产产性固结结灌浆试试验区的的选择主主要考虑虑以下因因素：试验区地

4、地质条件件应具有有一定的的代表性性，其岩岩体特征征与坝基基岩体特特征相似似或接近近，在此此基础上上，根据据现场的的实际情情况，综综合考虑虑了供水水、供电电、交通通、场地地施工条条件等因因素。因因左、右右岸岩体体结构类类型、特特性基本本一致，所所以，此此次灌浆浆试验选选定了AA、B两两个试验验区。A试验区区被灌岩岩体为侏侏罗系地地层，岩岩性为薄薄层灰岩岩夹少量量中厚层层灰岩和和极薄层层灰岩，深深灰色，微微隐晶晶结构，岩岩石结构构较致密密，岩层层间错动动痕迹明明显，层层与层之之间挤压压相对较较紧密。试试验区受受灌岩体体位于坝坝址岩体体质量分分区的中中下部，岩岩体处在在强卸荷荷带与弱弱卸荷带带的接壤

5、壤部位，岩岩体呈弱弱风化状状，岩块块自身强强度较高高。因构构造及卸卸荷作用用，岩体体质量较较差，灌灌前地震震波测试试成果显显示，AA试验区区对穿孔孔孔间岩岩体纵波波速度平平均值为为25220m/s，动动弹性模模量平均均值为112.336GPPa。B试验区区被灌岩岩体为侏侏罗系地地层，岩岩性以薄薄层灰岩岩为主，夹夹少量中中厚层灰灰岩、极极薄层泥泥灰岩及及砂质页页岩。灰灰岩为灰灰深灰灰色，隐隐晶结构构。薄层层泥质灰灰岩，黑黑灰色，粉粉砂质结结构，层层间揉皱皱现象较较明显，该该岩层所所占份额额很小；页岩为为紫灰色色，粉砂砂质结构构，页岩岩多被挤挤压呈碎碎片或鳞鳞片状，层层间错动动痕迹明明显。受受卸荷

6、影影响，局局部层面面呈松弛弛状。试试验区位位于坝址址岩体质质量分区区的中上上部，处处在强卸卸荷带的的下限部部位，岩岩体呈弱弱风化状状，岩块块自身强强度较高高。因构构造及卸卸荷作用用，岩体体质量差差，根据据地震波波测试资资料，试试验区对对穿孔孔孔间岩体体的纵波波速度平平均值为为18110m/s，动动弹性模模量均值值为5.97GGPa。1 灌浆试验验施工1.1 施工程序序为保证灌灌浆试验验顺利进进行，现现场灌浆浆试验施施工程序序为：施施钻物探探测试孔孔（进行行钻孔编编录、压压水试验验、物探探对穿测测试及声声波测试试）施钻抬抬动观测测孔(安安装抬动动观测孔孔装置)分序灌灌浆（造造孔、钻钻孔声波波测试

7、、裂裂隙冲洗洗、压水水试验、灌灌浆及抬抬动观测测、封孔孔）待凝114天清扫物物探测试试孔（做做物探对对穿测试试）施钻灌灌后检查查孔（进进行钻孔孔编录、压压水试验验、声波波测试）开挖检查竖井（地质编录、目检、试验部位物探测试、岩体变形试验）整理分析灌浆成果和试验资料、灌浆效果评价。1.2 钻孔布置置根据试验验目的，综综合考虑虑被灌岩岩体的地地质条件件、岩体体结构特特征、场场地条件件、施工工工期等等因素，两两试验区区灌浆孔孔均采用用正方形形网格式式布置，按按序次施施工。根根据试验验、观测测、测试试、检查查等项目目的需要要，每个个试区均均采用一一组199个孔和和一个检检查竖井井进行布布置，各各种技术

8、术参数见见表1。表 Error! Bookmark not defined. 试试验区钻钻孔各种种技术参参数一览览表位置序次钻孔代号号孔数(个)终孔孔径径（mm）单孔孔深深（m）钻孔间距距（m）备注A试验区区测试孔AP1、AAP2、AAT313035/A1、AA2、AA3、AA4475305A5、AA6、AA7、AA8、AA9575302.5A10、AA11、AA12、AA13475301.777检查孔AJ1、AAJ2、AAJ3313030/B试验区区测试孔BP1、BBP2、BBT313035/B1、BB2、BB3、BB4475304B5、BB6、BB7、BB8、BB9575302B10、BB

9、11、BB12、BB13475301.411检查孔BJ1、BBJ2、BBJ3313030/1.3 造孔钻孔采用用双管单单动钻具具金刚石石钻头清清水钻进进，钻孔孔均为铅铅直孔向向。钻孔孔岩芯取取出后进进行地质质编录和和照相，每每序各选选一个具具有代表表性的钻钻孔，待待地质编编录后，岩岩芯装箱箱封存。1.4 冲洗钻孔孔与压水水试验（1）钻钻孔冲洗洗：每个个灌浆段段造孔完完成后，采采用大流流量敞口口式洗孔孔，直至至回水变变清且孔孔底沉积积物厚度度小于220cmm时，结结束钻孔孔冲洗。（2）压压水试验验：在灌灌浆孔的的每个试试段灌浆浆前和检检查孔中中均做压压水试验验，压水水试验采采用“五点法法”。1.

10、5 灌浆灌浆采用用“孔口封封闭灌浆浆法”，按照照先序后序再序的顺顺序进行行。各段段灌浆施施工程序序为：造造孔声波测测试洗孔压水试试验灌浆进入下下一段灌灌浆循环环。1.5.1 制浆（1）依依据被灌灌岩体的的地质特特征及设设计要求求，灌浆浆试验使使用纯水水泥浆液液。浆液液配合比比选用22:1、11:1、00.8:1、00.6:1（或或0.55:1）四四个比级级。（2）根根据试验验场地分分布和条条件，采采用集中中制浆方方式。（3）制制浆材料料：选用用D.GG.H-SRCC抗硫酸酸硅酸盐盐水泥；拌合水水选用经经沉淀处处理后的的高摩赞赞河水。1.5.2 灌浆段划划分及灌灌浆压力力灌浆段划划分自孔孔口以下

11、下起算，第第一段段段长为22m，第第二段段段长为33m，第第三段及及其以下下各段段段长均为为5m。灌浆压力力第一段段为0.2MPPa，第第二段为为0.55MPaa，第三三段为11MPaa，第四四段及以以下为33MPaa.灌浆时，尤尤其是升升压过程程中，随随时进行行地面抬抬动观测测，以地地面抬动动不超过过0.22mm为为限，否否则，及及时调低低灌浆压压力或注注入率。1.5.3 灌浆浆液液变换本次生产产性固结结灌浆试试验浆液液的水灰灰比采用用2:11、1:1、00.8:1、00.6:1（或或0.55:1）四四个比级级。为了了增强细细小裂隙隙灌浆效效果，灌灌浆水灰灰比一般般采用逐逐级变浓浓的方法法进

12、行灌灌注。当当某一比比级浆液液的注入入量已达达到3000L，而而灌浆压压力和注注入量均均无改变变或改变变不显著著时，变变浓一级级。当注注入量大大于300Lmmin时时，采用用越级变变浓。1.5.4 灌浆结束束标准在该灌浆浆段最大大设计压压力下，当当注入率率不大于于1L/minn后，继继续灌注注30mmin，即即可结束束灌浆。1.5.5 特殊情况况处理在灌浆过过程中，序孔和部分、序孔段吃浆量较大，以大泵量灌注不起压。为防止浆液流失过远，分别采用浓浆灌注、限流和间歇灌浆等措施。1.5.6 封孔采用全孔孔灌浆封封孔法，在在该灌浆浆段的最最大压力力下，灌灌注0.5:11的浓浆浆，置换换出孔内内稀浆后后

13、，继续续灌注330miin，即即可结束束该项工工作。2 灌浆效果果检查、测测试与分分析2.1 单位耗灰灰量分析析根据统计计资料分分析，两两试验区区水泥注注入量相相差很大大，其成成果分别别见表 、表 。从从表中统统计数据据分析可可知，两两试验区区岩体可可灌性均均较好，但但均一性性很差，说说明试验验区岩体体质量和和结构特特征具明明显的差差异性。对对比而言言，B试试验区岩岩体较AA试验区区岩体吃吃浆量大大，平均均值约为为2.55倍，这这与被灌灌岩体的的结构特特征相吻吻合。2.1.1 单位耗灰灰量分析析与灌浆浆序次的的关系单位耗灰灰量与灌灌浆序次次的关系系较为密密切，其其成果见见表 、Error! R

14、eference source not found.。从从表中数数据可以以看出：两试验区区各序灌灌浆孔的的单位耗耗灰量随随灌浆序序次的增增加而迅迅速递减减。其中中：A试试验区序孔比比序孔递递减了664，序孔比序孔递减了30、比序孔递减了75。B试验区序孔比序孔递减了50，序孔比序孔递减了48、比序孔递减了74。上述统计计分析表表明，在在序孔灌灌浆完成成后，大大部分裂裂隙就得得到了灌灌注充填填，且有有一定的的延伸和和扩散范范围，序孔灌灌浆完成成后又加加强了灌灌注效果果。这从从各序灌灌浆孔的的单位注注灰量递递减情况况得到了了证实。表 2 AA试验区区各序次次灌浆孔孔灌浆成成果统计计表序次孔数钻孔总

15、深深度(m)基岩段总总长度(m)总耗灰量量(kgg)平均单位位耗灰量量(kg/m)I4120.00118.60482887382II5150.00148.45225114138III4120.00118.7513033896合计13390.00385.80838338200表 3 B试试验区各各序次灌灌浆孔灌灌浆成果果统计表表序次孔数钻孔总深深度(m)基岩段总总长度(m)总耗灰量量(kgg)平均单位位耗灰量量(kg/m)I4120.00118.931063397850II5150.00148.5674553429III4120.00118.97288663224总计13390.00386.40

16、20277124962.1.2 耗灰量与与结构面面的关系系根据钻孔孔编录资资料，一一般单位位注灰量量大的试试段岩体体中构造造形迹都都比较发发育，如如：断层层、挤压压破碎带带和陡倾倾角裂隙隙等，以以上结构构面是受受灌岩体体中的主主要耗灰灰结构面面。两试试区相比比，B试试验区岩岩体中结结构面的的发育程程度比AA试验区区的高。其其主要原原因是，BB试验区区岩体中中发育有有小断层层，受其其影响岩岩体中次次一级构构造结构构面较发发育，且且B试验验区分布布位置较较高，岩岩体的卸卸荷程度度较A试试验区高高。这与与勘察期期坝址区区岩体质质量分区区是一致致的。此外，由由于钻孔孔岩芯获获得率、RRQD值值偏低，较

17、较难分析析对应某某个结构构面的注注灰量大大小及其其随灌浆浆序次增增加的变变化情况况，只能能从整体体上进行行分析评评价。分布于BB试验区区浅部的的小断层层（灌浆浆区域埋埋藏深度度在100m范围围内）尽尽管灌浆浆压力较较小，但但小断层层所处位位置平均均单位注注灰量均均较大，并并且越靠靠近上部部越大，从从上往下下介于1152005337kgg/m，说说明断层层带的可可灌性较较好，采采用灌浆浆的方法法来处理理是可行行的。综上所述述，试验验区注灰灰量与结结构面的的关系有有如下特特征：（1）试试验区岩岩体中的的断层、挤挤压破碎碎带和陡陡倾角裂裂隙是主主要耗灰灰结构面面，B试试验区的的结构面面比A试试验区发

18、发育，BB试验区区的注灰灰量比AA试验区区大。（2）同同一孔中中，凡是是陡倾角角裂隙发发育的上上下两段段，上一一段岩体体的单位位注灰量量多大于于下一段段岩体的的单位注注灰量，这这说明陡陡倾角裂裂隙连通通性较好好，上段段灌浆时时其下部部的结构构面就已已得到了了一定的的灌注与与充填。（3）不不同序次次同类结结构面所所在孔段段，前序序次孔段段的岩体体单位注注灰量大大于后序序次孔段段的岩体体单位注注灰量，这这说明岩岩体中主主要结构构面在前前序次灌灌浆后就就已得到到了较为为充分的的灌注。2.2 灌后岩体体透水率率检查灌浆完成成后，在在每个试试验区分分别布置置了3个个检查孔孔，检查查孔的压压水试验验成果见

19、见4。表4 灌后压压水试验验成果汇汇总表部位孔数段数区间段数数（Luu）336610010A区32018110B区31804410从Error! Reference source not found.中可可以看出出，A试试验区灌灌后检查查孔岩体体透水率率值小于于3Luu的段次次占900，介介于36Luu的段次次占100，满满足灌浆浆试验技技术要求求的规定定；B试试验区灌灌后检查查孔岩体体透水率率值较大大，没有有达到灌灌浆试验验技术要要求的试试验目标标。2.3 岩体声波波、地震震波测试试及灌浆浆质量分分析2.3.1 岩体声波波、地震震波测试试为检查灌灌浆效果果及岩体体质量的的改善情情况，本本次灌

20、浆浆试验利利用地球球物理测测试手段段进行检检测，采采用CEE-92201型型声波测测试仪和和DZQQ24型型地震仪仪，在水水耦合下下进行单单孔的声声波测试试和两孔孔之间岩岩体的地地震波 CT测测试。单单孔声波波测试采采用自下下而上逐逐点检测测，点间间距为220cmm，测试试探头采采用一发发双收装装置，发发射与接接收换能能器均在在同一孔孔中。地地震波CCT测试试采用112道串串状检波波器，测测试时，在在一孔不不同位置置设置检检波器，其其间距为为1.00m；在在另一孔孔不同位位置设置置激发点点，其间间距为22.0mm。完成成一侧孔孔激发后后，两孔孔互换。单孔声波波成果基基本反映映测试孔孔附近的的岩

21、体质质量，并并能较好好地反映映出测试试孔周边边岩体内内结构面面的分布布状况。灌浆试验验施工中中，分别别于两试试验区灌灌前测试试孔和、序灌浆浆孔中进进行了单单孔声波波测试（部部分孔段段因岩体体渗漏量量大，声声波无法法测试）；分别于于两试验验区物探探对穿孔孔中在灌灌前和、序灌浆浆后进行行了地震震波CTT测试。两试验区区岩体的的单孔声声波速度度及孔间间岩体的的地震波波速度均均随灌浆浆序次的的增高而而逐渐提提高。AA试验区区测试孔孔、序孔和和检查孔孔岩体声声波速度度平均值值分别为为34770m/s、336500m/ss、43320mm/s、444900m/ss和46660mm/s；、序孔和和检查孔孔与

22、测试试孔相比比分别提提高了55.2、244.5、299.4%和344.299%，序孔比比序孔提提高了118.44，序孔比比序孔提提高了33.9，检查查孔比序孔提提高了33.8。孔间间岩体灌灌前和、序灌后后岩体地地震波纵纵波速度度平均值值分别为为25220m/s、228300m/ss、34470mm/s和和37990m/s；、序灌后后与灌前前相比分分别提高高了122.3、377.7和500.4%，序灌浆浆后岩体体地震波波纵波速速度比序灌后后提高了了22.6，序灌浆后岩体地震波纵波速度比序灌浆后提高9.20%。B试验区区测试孔孔由于严严重漏水水，孔内内岩体声声波没能能实施检检测。、序孔和和检查孔孔

23、岩体声声波速度度平均值值分别为为25660m/s、336400m/ss、38890mm/s和和43330m/s；序孔比比序孔提提高了442.119，序孔比序孔提高了6.87，检查孔比序孔提高了11.31。孔间岩体灌前和、序灌后岩体地震波纵波速度平均值分别为1810m/s、2180m/s、2750m/s和2940m/s；、序灌后与灌前相比分别提高了20.4、51.9和62.4%，序灌浆后岩体地震波纵波速度比序灌后提高了26.1，序灌浆后岩体地震波纵波速度比序灌浆后提高6.91%。2.3.2 灌浆效果果分析灌浆效果果及波速速值与灌灌浆序次次、孔距距、灌浆浆压力、岩岩体结构构等有关关。根据据上述资资

24、料统计计可以得得到如下下认识：从地震波波CT测试试成果看看，随着着灌浆序序次的增增加，岩岩体地震震波纵波波速度值值也逐渐渐提高，两两试验区区灌后地地震波纵纵波速度度提高的的顺序均均为序序序。其其中A区区孔间岩岩体的地地震波纵纵波速度度平均值值序灌后后比灌前前提高了了12.3，序灌浆浆后比序灌后后提高了了22.6，序灌浆浆后比序灌浆浆后提高高9.22%；BB区孔间间岩体的的地震波波纵波速速度平均均值序灌后后比灌前前提高了了20.4，序灌浆浆后比序灌后后提高了了26.1，序灌浆浆后比序灌浆浆后提高高6.991%。说说明经过过、序灌浆浆后，岩岩体中的的大部分分裂隙已已得到了了充分的的灌注，继继而序灌

25、浆浆对剩余余部分裂裂隙和细细微裂隙隙进行加加密补充充灌注，事事实证明明，灌浆浆效果是是明显的的。A试验区区经两个个序次的的固结灌灌浆后，岩岩体地震震波纵波波速度等等于或大大于30000mm/s的的频率已已达到886.338%，等于于或大于于35000m/s的频频率已达达到600.444%；经经三个序序次的固固结灌浆浆后，岩岩体地震震波纵波波速度等等于或大大于30000mm/s的的频率已已达到990.005%，等于于或大于于35000m/s的频频率已达达到766.066%。33MPaa灌浆压压力下地地震纵波波速度大大于35500mm/s的的频率值值为866%。BB试验区区经两个个序次的的固结灌灌

26、浆后，岩岩体地震震波纵波波速度等等于或大大于25500mm/s的的频率已已达到881.881%，等于于或大于于28000m/s的频频率已达达到533.244%；经经三个序序次的固固结灌浆浆后，岩岩体地震震波纵波波速度等等于或大大于25500mm/s的的频率已已达到888.226%，等于于或大于于28000m/s的频频率已达达到655.688%。33MPaa灌浆压压力下地地震纵波波速度大大于28800mm/s的的频率值值为733.9%。总的的来看，灌灌浆效果果是明显显的。3 结语（1）试试验区岩岩层主要要以薄层层灰岩为为主，夹夹少量中中厚层灰灰岩和极极少量薄薄层粉砂砂质泥灰灰岩，岩岩体风化化卸荷

27、深深度较大大，其结结构面发发育，张张开度较较大，连连通性较较好，岩岩体结构构类型主主要为碎碎裂结构构、镶嵌嵌碎裂结结构，试试验区岩岩体的综综合特征征具有代代表性。（2）根根据坝址址区环境境水水化化学类型型，灌浆浆材料选选用DGGH.SSRC型型抗硫酸酸盐水泥泥，满足足水工建建筑物设设计规范范的要求求。（3）根根据坝基基岩体的的结构特特征、风风化、卸卸荷程度度，灌浆浆浆液采采用2:1、11:1、00.8:1、00.6:1（或或0.55:1）四四个比级级水灰比比是适宜宜的。（4）从从灌后压压水试验验和抬动动观测资资料判断断，灌浆浆试验所所采用的的最大灌灌浆压力力3MPPa是适适宜的。（5）通通过本

28、次次灌浆试试验所得得的成果果表明，对对坝基（肩肩）岩体体采用水水泥灌浆浆方法处处理是可可行的。整整体看，AA试验区区的灌浆浆参数是是基本合合理的，而而B试验验区显得得差一些些。总的的灌浆效效果比较较显著，主主要表现现为：随着灌灌浆孔序序的增加加，岩体体单位注注灰量明明显减小小。通过灌灌浆处理理后试验验区岩体体完整性性得到了了明显的的改善。AA试验区区灌浆后后，声波波波速平平均值由由灌前的的34770m/s提高高到46660mm/s，提提高率为为34.3；地震波波纵波速速度由灌灌前的225200m/ss提高到到37990m/s，提提高率为为50.4。BB试验区区灌浆后后地震波波纵波速速度平均均值

29、由灌灌前的118100m/ss提高到到29440m/s，提提高率为为62.4。经序序灌浆处处理后，被被灌岩体体的地震震波纵波波速：AA试验区区等于或或大于335000m/ss的频率率达到776.006；B试验验区等于于或大于于28000m/s的频频率达到到65.68。经序序灌浆处处理后，灌灌后检查查孔岩体体透水率率值：AA试验区区小于33Lu的的段次占占90，介于于366Lu的的段次占占10，满足足灌浆试试验技术术要求的的目标值值；B试试验区均均大于44.5LLu，最最大值为为28LLu。本次灌浆浆试验成成果丰硕硕，尽管管B试验验区试验验结果未未达到预预期目的的，但灌灌浆对改改善地层层的显著著作用得得到了证证实，多多个重要要的灌浆浆参数在在试验中中得到了了验证，试试验获得得了的数数据可作作为今后后高摩赞赞大坝固固结灌浆浆设计施施工的重重要依据据。作者简介介：张开军（1975.01）男，四川人，中国水电七工程局有限公司成水公司，从事水电施工技术管理，工程师。