高压复合灌浆技术在特高拱坝坝基地质缺陷处理中的应用

宋 崔 蓉

(中国水利水电第七工程局有限公司， 四川 成都 610213)

1 概 述

在国家大力发展水电事业的背景下，西南地区成为当今水电开发的中心[1]。但其地质情况复杂，结构面及断层较发育，对工程的安全提出了一定的挑战，对地基处理提出了越来越高的要求[2，3]。普通的水泥灌浆技术已经不能完全满足当今对地基处理的工程要求，因此，水泥-化学复合灌浆技术应运而生。

水泥-化学复合灌浆技术对断层带的处理是在工程发展需要的基础上产生的新技术。其做法是先采用普通的水泥灌浆技术充填软弱地层岩体中的较大孔隙，使地层较均一，待透水率均达到1Lu以下后，再采用具有低渗透性能的化学浆液，经过长历时浸润、渗透灌入到微细裂隙中，进而改善了岩体的抗渗性能、耐久性及承载力[4，5]。

笔者通过介绍水泥化学复合灌浆的施工过程，详细阐述了水泥-化学复合灌浆技术在锦屏一级水电站基础处理中的应用，对于水泥-化学复合灌浆技术在断层处理中的应用具有一定的积极意义[6]。

锦屏一级水电站为300 m高拱坝 ，必须确保其在修建与运行阶段的稳定和安全。而拱坝的稳定与安全性在一定程度上是建立在坝基的整体性与强度上，故坝基处理的好坏对拱坝的安全性至关重要[7]。

(1)大坝左岸基础处的f2断层。大坝左岸基础处的f2断层位于1 640～1 670 m高程之间，主要为中厚～厚层状大理岩，角砾状大理岩，下部为厚层块状大理岩，f2断层的裸露面见图1。

图1 大坝左岸基础f2断层裸露面示意图

根据化学灌浆技术措施要求，每环选取3个 I 序孔作为先导孔，通过钻孔取芯和物探检测确定f2断层及层间挤压错动带的位置。而左岸1 670 m高程抗力体固结灌浆灌后透水率不合格的孔段和低波速带主要集中在孔口0～6 m段及f2断层及层间挤压错动带，仅采用水泥灌浆对断层力学性能和抗渗性能的改善不明显，因此，必需采取补强处理[8]。

(2)大坝左岸基础处flc13断层。flc13断层其灌前岩芯情况见图2。在对flc13断层的地质性状进行分析后得知，需要对flc13断层深部进行高压水冲洗与灌浆处理。

当水泥灌浆完成后，根据 I 序孔的钻孔情况判定的断层位置见表1。

为了进一步提高flc13断层的抗变形以及耐久性能，经研究决定对flc13断层经高压水冲洗后再进行水泥-化学复合灌浆处理。

图2 flc13断层灌前岩芯示意图

表1 I 序孔断层揭示情况表

2 水泥—化学复合灌浆施工工艺

2.1 灌浆方法及浆液配置

化学灌浆的主要施工方法为孔内阻塞灌浆法和孔口封闭灌浆法。孔内阻塞灌浆法主要采用水(气)塞进行孔内阻塞，其优点为节约孔管占浆材；缺点为起下塞难度大、在高压力下易发生“滑塞”现象；而孔口封闭灌浆法正好避免了“滑塞”现象，对保证灌浆质量有利。

2.2 水泥-化学灌浆的施工流程

锦屏一级水电站断层带水泥-化学复合灌浆的施工流程见图3。

在灌浆过程中，首先对灌浆段进行钻孔，再进行冲洗，然后进行压水试验，对地层进行判断其是否达到化学灌浆条件，若满足则直接进行化学灌浆；若不满足则需进行水泥灌浆后再进行化学灌浆。

图3 水泥-化学复合灌浆施工流程图

待灌浆段化学灌浆结束后采用水泥浓浆置换孔内的化学浆液。置换结束后待凝，待凝时间最短应大于灌浆材料的初凝时间，再进行扫孔及其下一段钻孔与灌浆工作。灌浆结束后，采用全控灌浆封孔法封孔，对上部空余部分实施灌浆，使用水泥沙浆人工封填密实。

对灌浆过程中出现的特殊情况进行的处理：

(1)漏浆处理。灌浆过程中漏浆发生时采用以下方法处理：①降低压力或停泵，用细砂围好渗漏出的化学浆液，控制浆材扩散范围。②处理漏点，清洗漏点四周，确定漏点的准确位置后采用风镐凿缝，待清洗缝周围后采用环氧胶凝封堵，如果漏量大，预埋浆采用带有阀门的回浆管；封堵效果不佳时，可采用灌注速凝浆材。

(2)增大注入的浆量。灌浆过程中，若吃浆量较大且难以达到结束标准而导致孔段注入量较大时， 对该现象可采用低压、间歇、限流、更换速凝浆液、待凝等措施。当单耗达到100 kg/m以上时每增加50 kg/m更换速凝浆液，待凝24 h后继续灌注，直至达到结束标准。

2.3 化学灌浆成果分析

2.3.1 单位注入量分析

化学灌浆 I 序孔完成1 585 m，Ⅱ序孔完成399 m。单位注浆量与灌浆次序的关系见表2，分岩性单位耗浆量对比情况见表3。

表2 单位耗浆量与灌浆次序关系分析表

从以上灌浆单耗结果对比分析得知：Ⅰ 、Ⅱ序孔灌浆递减规律非常明显，符合灌浆规律；从岩性灌浆单耗分析可知，全段f2断层单耗﹥互层单耗﹥大理岩单耗，灌浆效果比较明显。

2.3.2 岩芯分析

图4、5表示的是灌浆前、后的断层岩芯断面示意图，从中可以看出：水泥-化学复合灌浆效果明显，细小缝隙明显被充填，作用比较明显。

表3 化学灌浆分岩性单位耗浆量对比分析表

图4 断层f2灌浆前岩芯断面示意图

图5 断层f2灌浆后岩芯断面示意图

2.3.3 灌浆后压水试验结果分析

压水试验结果见表4。

表4 压水试验结果表

由压水试验结果得知：水泥-化学复合灌浆后检测孔段的透水率几乎为零，表明该复合灌浆效果良好，断层中的漏水通道大部分被填充。

2.3.4 复合灌浆成果分析

通过钻孔全景图像技术(图6)得出以下结论：水泥-化学复合灌浆效果显著，一单元水泥-化学复合灌浆二序检测孔孔口段f2断层岩体较破碎，裂隙发育，f2断层及多数裂隙有化学浆液填充，岩体完整性较好，其它大理岩孔段孔壁较光滑，裂隙较发育，局部裂隙有化学浆液渗透痕迹，岩体总体变得较完整。总之，对锦屏一级水电站地基两断层实施的水泥-化学灌浆处理总体讲比较成功。

(a)断层水泥灌浆后典型钻孔电视录像

(b) 断层化灌后典型钻孔全景录像图6 断层岩体钻孔全景录像照片

4 结 语

采用普通水泥对断层孔隙进行灌注，灌后检测表明：灌浆效果能满足防渗要求。但对于提高岩体声波速度和变形模量具有一定的局限性，而在水泥灌浆的基础上再进行化学灌浆，岩体声波速度和变形模量都有较大程度的提高，灌浆效果明显，相关检测指标基本满足设计要求。

采用水泥-化学复合灌浆对断层进行处理后，其检测结果表明：灌浆后断层带裂隙得到了较好地充填，其岩体完整性系数、变形模量等均得到较大程度的提高。因此，水泥-化学复合灌浆在锦屏工程断层处理中具有较高的应用价值，所取得的经验可为未来水泥-复合灌浆技术在地基处理中的应用提供一定的借鉴作用。