等壳电站破碎坝基固结灌浆质量分析
摘要：坝基节理裂隙发育，有数条层间挤压破碎带和节理密集带，不能完全满足近70米高的重力坝基础，故需要通过固结灌浆提高坝基整体性及坝基强度。灌浆过程中遇到过很多问题，施工过程中除加强质量控制外，还需要通过使用不同的检测方法，对灌浆效果进行综合分析，才得得出正确质量分析结论。
关键词：坝基,固结灌浆,透水率,单位注入水泥量,纵波速度,灌浆质量
电站概述
等壳电站系龙江—瑞丽江干流梯级开发中的第十一级电站，位于腾冲县等壳村附近，采用坝后式开发，装机总容量为120MW，水库大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1022.4m，坝长293m，最大坝高68.4m，库容5324.2万m3，共分13个坝段。该电站2008年开工，2011年发电。
1 坝基工程地质条件简介
坝址区处于区域泸水-龙陵-瑞丽深大断裂与腾冲-梁河-盈江深大断裂之间。坝址区构造线以NW—SE走向为主。地层为下元古界高黎贡山群(Pz1g) 中～厚层状片麻岩、中～薄层状石英片岩夹少量薄层状微晶片岩，岩层倾向下游偏左岸，倾角50º～80º。坝址区岩体混合变质作用强烈，挤压作用明显，层间挤压破碎带及节理密集带发育。破碎带宽度一般0.1～0.8m，最宽为f5达2.7m;节理密集带宽度一般3～6m，最宽12 m。共13个坝段，坝基岩体质量较差，以BⅢ2类和AⅢ2类为主，其中河床段4、7～10五个坝段较好夹有AⅢ1类，右岸11、12坝段较差夹有BⅣ1类。
2 坝基固结灌浆
2.1 固结灌浆目的
由于坝基岩体破碎，质量较差，强度低，透水率大，故整个坝基需要进行固结灌浆。固结灌浆主要目的是提高岩石的整体性与均质性，提高岩石的抗压强度与弹性模量，减少岩石的变形与不均沉陷。
2.2 固结灌浆设计
要求整个坝基全断面固结灌浆。在1m厚的坝基垫层混凝土上灌浆，垂直开挖面布孔，孔径96mm。孔深一般进入基岩8m，破碎带10m，沿防渗帷幕线有一排加深到13m。孔、排距3m，梅花型布置。
固结灌浆方法采用自上而下分段灌浆，段长3～5m。灌浆分三序加密。灌浆前采用压力水进行冲洗，直至回水清净时止。固结灌浆孔的压水试验孔数不宜少于总孔数的5%，压水试验采用单点法，压力为灌浆压力的80%。灌浆压力：混凝土与基岩接触段为0.25～0.4MPa，第二段0.4～0.5MPa，第三段0.5～0.6MPa;在不引起坝基与灌浆混凝土盖板抬动的情况下采用较大值。固结灌浆原则确定水灰比为3：1、2：1、1：1、0.5：1共4个比级，开灌水灰比建议采用3：1。灌浆时应观测基础盖板抬动情况，埋设必要的观测装置，如发现抬动值大于200μm时立即降压。
各灌浆段结束标准为：在设计规定压力下，注入率不大于1L/min，延续灌注时间30min，灌浆可结束。固结灌浆孔可采用机械压浆封孔法或压力灌浆封孔法对灌浆孔进行封孔。
灌浆质量以检查孔压水试验，结合灌浆资料以及灌浆前后物探成果、钻孔取心等检测手段综合分析平定。固结灌浆质量标准为q≤5lu。检查孔按固结灌浆孔的5%抽查。混凝土与基岩接触段的合格率100%，其它段的合格率80%以上。对压水试验不合格孔段，要求在该部位增补灌浆孔，再检查直至全部压水试验合格。
2.3 固结灌浆施工
固结灌浆于2009年4月正式开始施工至2010年5月完工。首先在3#坝段做了生产性试验施工，共计145个孔，其中Ⅰ序35个孔，Ⅱ序37个孔，Ⅲ序73个孔。按设计灌浆压力采用自上而下分段灌浆,8m孔分为3m、5m两段，10m孔分为5m、5m两段，13m孔分为3m、5m、5m三段。3#坝段检查孔12个，压水试验30段，各检查孔压水试验平均透水率q在1.65～3.52 Lu，最大透水率q=4.48lu，均小于5Lu，满足设计要求，证明设计拟定的灌浆压力及孔排距布置合理可行。
等壳电站固结灌浆施工按生产试验取得的实验参数实施，灌浆施工紧密结合混凝土浇筑分期分块进行。在坝基垫层混凝土浇筑强度达到50%之后，利用混凝土层间间歇期进行施工。施工时先河床段后两岸斜坡段;同一部位先进行断层和挤压破碎带的固结灌浆，再进行其它部位基础固结灌浆。按照先周边后内侧、分序加密原则进行。同次序孔中，先灌低高程孔，后灌高高程孔。灌浆前各灌浆段均采用压力水进行钻孔冲洗，冲洗水压力为灌浆压力的80%，但不超过1.0MPa，直至孔口回水返清时为止。灌浆采用自上而下分段灌浆法进行。按照分序加密原则进行施工，先施工I序孔和周边孔，再依次进行Ⅱ序、Ⅲ序孔的施工。原则上一泵灌一孔，在相互串浆时，采用并联灌浆(并联孔数不多于3孔)。灌浆所用的浆液水灰比、压力、变浆标准及结束标准等均按照DL/T5148-2001规范执行，固结灌浆浆液水灰比采用采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四个比级,开灌水灰比采用3:1。在达到设计压力下，当注入率小于1L/min，继续灌注30min才结束。封孔浆液水灰比为0.5：1，压力为该孔最大灌浆压力，待浆液析水干缩后，再用水泥砂浆人工补充封孔，并将孔口抹平。灌浆结束后，按照监理工程师的指示布置检查孔进行压水检查。
3 固结灌浆资料分析
3.1 透水率与单位注入水泥量分段统计
现以9#坝段为例，分序统计如下：9#坝段固结灌浆孔132个，灌浆269段，灌浆段总长1224.4m，全部孔段在灌浆前均做了简易压水。平均透水率q=47.14lu，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次平均透水率递减比例为64.78∶45.98∶33.18=1∶0.71∶0.52。共注入水泥523634.59kg，平均单位注入量427.67kg/m;其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次平均注入水泥量递减比例为811.54∶475.87∶214.92=1∶0.59∶0.26。透水率和单位注入量。
3.2 通过透水率与单位注入量分析灌浆质量
由表1得出以下认识：
(1)透水率分段统计结果表明，Ⅲ序孔的透水率与Ⅰ、Ⅱ序孔比较总体减小了。如大于100lu的灌段没有了，但也没有出现小于10lu的灌段，透水率仍然偏大。其次三个序次的透水率分段频率最高均分布在20～50lu之间，同属一个量级，灌浆效果不理想。
(2)单位注入量分段统计结果表明，三个序次的单位注入量递减比较明显：①单位注入量C<100kg/m的灌浆段Ⅰ序孔5段，占7.5%;Ⅱ序孔7段，占10%;Ⅲ序孔36段，占26.7%。②Ⅰ序孔大多数灌段的C值在500～2000kg/m之间，占76%;Ⅱ序孔大多数C值在200～1000kg/m之间，占75%;到Ⅲ序孔大多数C值降低到100～500kg/m之间，占66.7%。③Ⅲ序孔的单位注入量均值比Ⅰ序孔减小了73.5%，较Ⅱ序孔降低了54.8%，灌浆效果较好。
(3)由透水率分析的灌浆效果与单位注入量分析的灌浆效果似乎有明显的差异，其实并不矛盾。进一步分析会发现每个固结灌浆孔周边都有6个固结灌浆孔组成圆形(每个孔间距均在3m左右)，暂且把周边的6个孔理解为北西、北东、东、南东、南西、西6个方向。
Ⅰ序孔灌浆的时候3米范围内有5个或6个方向都没有灌浆，所以单位注入水泥量最大;Ⅱ序孔灌浆的时候有2个或3 个方向已经灌浆封堵了，还有3个或4个方向没有封堵，所以单位注入水泥量明显减少;Ⅲ序孔灌浆的时候4个或5 个已经灌浆封堵了，仅有1个或2个方向没有封堵，所以单位注入水泥量最少。而Ⅰ序孔灌浆前压水的时候3米范围内有6个方向都没有被水泥浆封闭，Ⅱ序孔灌浆前压水有4个方向没有封闭，Ⅲ序孔灌浆前压水还有2个方向没有封闭。对于水这种“细小颗粒组成的”液体来讲，渗透性相当好，不用说还有2方向，即便只有1个方向的通道(每个方向的过水面积也远大于钻孔圆柱体面积)对于这种破碎岩体也能很好的渗水，故Ⅲ序孔灌浆前透水率没有明显减少，只有当Ⅲ序孔灌浆完毕，周边6个方向都封闭好透水率才会显著减少，这在固结灌浆结束后的7个检查孔透水率(q≤5lu)得到了证实。
由于固结灌浆7个检查孔透水率均小于或等于5lu，仅以检查孔压水试验的透水率指标来看，9#坝段灌浆质量等级为优良;其余坝段与9#坝段基本一致，灌浆质量等级为优良。由检查孔透水率指标来看，整个坝基固结灌浆质量等级总体评定为优良。
3.3 声波测试分析灌浆质量
备注：灌浆前、后的声波测试结果是在同一地点作声波测试得出的结果。
由此可知：①1、2、3坝段的平均波速由3060提高到3080，提高了20点;>3500的测点数占比由21.5%提高到29.1%，提高了7.6%。②4、5、6坝段(未包括5、6坝段破碎带或节理密集带)平均波速由3685提高到3700，提高了15点;>3500的测点数占比由48.0%提高到50.8%，提高了2.8%。③5、6坝段破碎带或节理密集带的平均波速由3050提高到3330，提高了280点;>3500的测点数占比由21.6%提高到40.0%，提高了18.4%。④7、8、9、10坝段的平均波速由3880提高到4070，提高了190点;>3500的测点数占比由74.8%提高到76.6%，提高了1.8%。⑤11、12、13坝段的平均波速由2730提高到3130，提高了400点;>3500的测点数占比由15.9%提高到31.6%，提高了15.7%。由上面的数据可知，固结灌浆后坝基岩体的波速有了明显的提高，但在不同的坝段(或坝区)由于岩体的风化程度、完整程度、裂隙开口大小等不一样，提高的程度又不一样：5、6坝段破碎带和11、12、13坝段提高最为显著，灌浆质量等级为优良;1、2、3坝段和7、8、9、10坝段有明显的提高，灌浆质量等级为优良;4、5、6坝段提高的幅度相对较小，灌浆质量等级为合格。固结灌浆效果检查，从岩石力学性能的改善程度来看，只能评定为合格，故整个坝基灌浆质量等级总体评定为合格。
3.4 灌前和灌后钻孔取芯分析灌浆质量
根据33个检查孔钻孔取心比较，岩芯RQD一般在30～40%，仅比灌浆前提高1～2百分点，提高幅度不大。在取出的灌后柱状岩芯内仅有10%左右的岩芯能够见到灌浆水泥脉，水泥脉宽一般1～3mm，最宽达30mm。由于灌浆后岩芯RQD没有显著提高，故整个坝基灌浆质量总体评定为合格。
3.5 综合分析评定灌浆质量
根据压水试验检测透水率指标，整个坝基固结灌浆质量等级评定为优良，根据声波测试结果，整个坝基灌浆质量等级评定为合格。根据钻孔取心比较，由于灌浆后岩芯RQD没有显著提高，故整个坝基灌浆质量评定为合格。综上所述，应用三种质量检测，整个坝基固结灌浆质量综合总体评定为合格。
4 结束语
由于坝基节理裂隙发育，既有软弱夹层，又有次级小断层及数条层间挤压破碎带(或节理密集带)，不能完全满足60余米高的重力坝基础，除应采取深挖清除、锚筋桩等工程措施处理，回填与底板同标号混凝土(C20)的型式，即混凝土塞进行处理外，最主要的是通过固结灌浆提高地基整体性及坝基强度。灌浆过程中遇到过很多问题，有的资料甚至会相互矛盾，所以除加强施工过程中质量控制外，还需要通过使用不同的检测方法，对灌浆效果进行综合分析，出正确质量评定结论，才能决定水库是否能够进行安全蓄水。
参考文献：
(1)《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》，DL/T5148-2001。
(2)孙钊，《大坝基岩灌浆》，中国水利水电出版社。
(3)赵仕杰、苏卫强，《固结灌浆施工技术要求》，2009。
