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1、水利水电工程基础化学灌浆设计 与应用探讨 周和清邓迎 ( 长江勘测规划设计研究院湖北武汉4 3 0 0 1 0 ) 瑶I 圄本文通过时几个大型水电工程典型坝基特殊地质问题化学灌浆处理 设计与应用的总结分析，对化学灌装处理水工建筑物基础特殊问题的设计与应 用进行了分析与探讨，提出了一些个人的观点。 毽圃水利水电工程；地基；化学灌浆；设计；0 - 耳1 ；分析 l 我国水工建筑物基础化学灌浆处理设计与应用现状 为解决水工建筑物复杂地基的防渗、堵漏及补强加固等方面的 难题，国内外大量采用了化学灌浆技术。对存在特殊问题及结构有 特殊要求的地基，当采用常规方法难以处理或处理代价很大时，人 们通常会考虑采
2、用化学灌浆处理。 我国化学灌浆技术虽然起步较晚，但发展较快，许多大型水电 工程针对客观存在的各种特殊基础问题，开展了浆材研究及灌浆工 艺试验，并应用于坝基特殊地质条件的防渗、堵漏及加固。 目前，我国在坝基特殊地质条件的防渗、堵漏及加固均有相应 的基本灌浆材料及配套的灌浆工艺，但近年来化学灌浆技术的应用 作者简介：罔和清( 1 9 6 5 一) ，男，湖北黄棒人教授衄禹鹱工程师，长江勘洲规划设计 研兜院水利水电痛隆工程治理誊询研究中心主任。从事水利水电工程基础处理和工程痈 害治理设计工作。 镐 相对较少( 与2 0 世纪6 0 8 0 年代相比) ，工程技术人员特别是设 计人员对化学灌浆技术的应
3、用表现出较为慎重的态度，在基础处理 方案论证时，多倾向采用水泥灌浆及置换回填方案。造成这状况 的原因是多方面的，有客观原因，也有主观原因。客观原因是人们 环保意识的加强，以及各种细水泥与超细水泥的高压灌浆技术的应 用；主观原因是化学灌浆技术没有对各类特殊的地基问题形成相对 完善的灌浆材料配方及相对统一的灌浆工艺，特别是在加固处理方 面，对各类地质缺陷化学灌浆处理效果没有统一的认识。为改变这 一状况，我国的化学灌浆工作者尚需作出很大的努力，研制出毒性 低( 甚至无毒) 、粘度小、价格低廉的化学灌浆材料，总结国内外 现有的化学灌浆工艺及设备，制订化学灌浆规范或准则，积累更多 的经验，并开展广泛的交
4、流，对化学灌浆应用于加固处理效果作出 客观公证的评价，对化学灌浆应用于防渗处理，结合环保要求，制 订环境保护标准及相应的法规。 2 几个大型水电工程特殊地基问题化学灌浆处理设计与皮用 情况 2 1 丹江口水利枢纽帷幕丙凝灌浆 丹江口水利枢纽河床混凝土坝基为变质闪长岩、闪长玢岩和灰 绿岩，基岩透水性一般较小，细微裂隙及透水性较小的断层构造岩 防渗处理是该工程坝基防渗的主要问题。限于当时对坝基防渗性能 的认识水平，并考虑为后期大坝加高留有一定的余地，帷幕的防渗 标准定为透水率q 0 5 L u 。该工程在我国最早大量采用丙凝灌浆 解决坝基防渗问题，解决了以下两类问题。 2 1 1 防止断裂交会区的
5、渗透破坏( 机械管涌) 问题 混凝土坝9 号1 1 号坝段分布有该工程规模最大的断裂交会 区，构造粘土岩、软弱糜棱岩分布于断裂带的滑动面上，贯穿坝基 上下游，遇水崩解。灌浆试验表明，在1 3 M P a 的灌浆压力下，水 9 9 泥注入量小于0 5 k g m 。对如何提高软弱构造岩的抗渗透破坏能力 进行了深入研究，最后决定采用丙凝灌浆进一步提高基岩及断层构 造岩的抗渗性。设计时布置了3 排丙凝帷幕灌浆孔，孔距2 O m 。 当主副排孔施工后，发现灌浆效果良好，1 3 1 段丙凝灌注段中，注 入量为1 0 2 0 L m 的计5 段，注人量为2 l O L m 的计8 8 段，说明 在相对不透
6、水的构造岩中，丙凝浆液尚有一定的注入量，可进一步 提高软弱构造岩的抗渗性。结合中间加强排进行的8 个检查孔， 3 3 个压水段中除1 段q = 0 7 5 L u 外，其余均小于0 5 L u 。混凝土坝 1 4 号1 6 号坝段存在一断裂交会区，地质条件类似于9 号l o 号坝 段，但构造岩性质较好，交会区规模较小，主帷幕水泥灌浆施工完 毕后，水泥注入量甚少，效果极不明显，对1 4 号一1 6 号坝段断裂交 会区进行了丙凝灌浆。 2 1 2 水泥灌浆失水回浓及达不到防渗标准问题 左部河床1 9 号3 1 号坝段属细微裂隙发育的微透水区弱透 水区，在总共2 0 0 5 段水泥灌浆段中，正常结束
7、的计9 0 9 段，占 4 4 3 ，其余均在失水回浓情况下被迫结束，灌浆结束时吸浆量在 1 O L m i n 以上的有5 3 6 段，占2 6 8 ，说明灌浆效果不理想；该 部位主副排帷幕施工完毕后钻进的2 3 个检查孔18 6 段压水检查资 料表明，q 0 5 L u 的孔段仍达3 2 3 ，且多位于 检查孔的末几段，在2 6 号2 8 号坝段范围内进行了第二次丙凝帷 幕灌浆，加深部位的丙凝注入量比第一次已灌部分大，坝基排水孔 渗水量则较加深前降低了2 1 5 以上。 2 2 葛洲坝水利枢纽帷幕丙凝灌浆 葛洲坝水利枢纽建筑物錾岩为红色碎屑岩，主要为砂岩、粉砂 岩、粘土质砂岩、粘土岩及砾岩
8、等，天然状态下，除局部断层及零 星透水区外，基岩透水性微弱，基本上可视为相对不透水岩体，坝 基主帷幕及泄水建筑物护坦封闭帷幕的防渗标准为透水率q 1 L u 。 由于基岩透水性微弱，防渗帷幕水泥灌浆灌人量较少，较多孔 段灌前压水透水率小于帷幕防渗标准。面对这种严峻问题，设计人 员本着实事求实和稳妥可靠出发，为进一步提高岩体抗渗性能，并 为避免在蓄水后大量的帷幕补强灌浆，在帐幕灌浆施工过程中，对 上主排帷孔及仅设置一排帷幕的部位，采用了丙凝灌浆，在整个下 主排及上主排漏水量较大的孔段进行水泥灌浆后，随即进行丙凝灌 浆。研究提出了如下灌段本身及下一序孔灌注与否的水泥和丙凝灌 浆的开灌标准。 ( 1
9、 ) 对灌注水泥浆材的下主排帷幕，I 序孔必须钻至设计深 度，以灌段透水率q l L u 作为灌注与否的判别标准，其余各序孔 则以先一序孔等深部位的g 值来判断。 ( 2 ) 对灌注丙凝浆材的上主排及仅布置一排孔的帷幕，以I 序孔灌段压水漏水量作为判别标准，接触段及其以下一个基岩段， 当孔段漏水量大于或等于0 3 L r a i n 时，其余基岩段漏水量大于或 等于0 5 L r a i n 时，均须灌注丙凝，序i L 则根据I 序i L 的漏水量 1 0 1 来确定。 ( 3 ) 二江泄水闸单排封闭帷幕及加强排帷幕的开灌标准为： 全排孔均须钻至设计深度，并按灌浆压力和漏水量来确定灌注浆材 和
10、开灌标准。水泥浆材适用于灌浆压力小于0 3 M P a 时的漏水量大 于3 L r a i n 及灌浆压力大于0 3 M P a 时的漏水量大于5 l M m i n 的灌 段；丙凝浆材适用于小于上述水泥浆材开灌浆标准的灌段。 2 3 万安水利枢纽防渗帷幕微毒丙凝( 丙烯酸盐) 灌浆 万安水利枢纽各混凝土建筑物基岩为中细粒石英砂岩为主夹粉 砂岩和砂质页岩，透水率小于1L u 的相对不透水层顶板埋深一般 在建基面以下2 0 4 0 m ，局部为5 0 6 0 m 。坝基主帷幕的防渗标 准为透水率q ( 1 L u 。 船闸上闸首( 挡水建筑物) 基础细微裂隙发育，防渗帷幕水泥 灌浆过程中浆液失水
11、回浓的现象时有发生，水泥灌浆帷幕施工完毕 后，布置了9 个压水检查孔，4 4 个压水段，不满足防渗标准的有9 段，其中接触段有6 段，第二段有2 段，下部1 段。施工资料表 明。建基面以下7 m 的接触段和第二段大部分未达到防渗标准， 同时反映部分孔段水泥注入量与漏水量互相不适应，表明裂隙细 微。鉴于该工程在此之前已进行丙烯酸盐现场灌浆试验，取得了满 意结果，综合分析研究后，确定在船闸上闸首基础布置了4 2 个丙 烯酸盐补强灌浆孔，补强化学灌浆孔主要是针对接触段及其下一段 透水率偏大的部位，在水泥灌浆孔之间插孔加密，共完成灌浆总段 长2 5 5 9 m ，灌人丙烯酸盐浆液60 3 2 8 L
12、，平均单位注入量2 3 6 L m 。 丙烯酸盐补强灌浆施工资料表明，插补孔灌前压水约5 0 的孔段未 达到防渗标准。化学灌浆处理后布置的8 个检查孔仅有1 段大于防 渗标准，q = 1 2 4 L u 。 2 4 龙羊峡水电站q 劈理带帷幕组合化学灌浆 龙羊峡水电站重力拱坝左坝肩分布有伟晶岩劈理带G 4 ，贯穿 坝肩上下游，与左岸重力墩大致平行，距上游坝面5 1 0 m ，倾向 1 0 2 上游，倾角8 4 。左右，分为3 5 个分支，内有3 5 e m 厚非连续性 夹泥，实测4 个点的变形模量平均为2 2 G P a 。结构模型试验表明， 坝基进行有关加固和一般防渗处理后，在正常蓄水位条件
13、下，G 4 内部受拉应力作用；天然状态地质力学模型试验表明，库水位达正 常蓄水位时，G 。即开始出现裂缝。对G 。的防渗处理采用组合化学 灌浆帷幕方案。对G 4 在现场进行了高压水泥灌浆及中化7 9 8 与 L W 化学灌浆试验。由于G 4 组合帷幕有抗拉、抗剪及提高变模的 要求，设计对组合帷幕幕体灌浆试验要求为：透水率口 2 M P a ，抗压强度口达到 0 5 1 5 M P a ，遇水线膨胀率2 一3 ( 对L W 灌浆的要求) 。通过 现场试验、各项检查测试及室内试验，认为取得了令人满意的成 果，专家审查认为试验成果宏观上均可满足设计要求。最终确定 G 4 采用上述组合帷幕试验方案进行
14、处理。组合帷幕先进行最大压 力为6 M P a 的高压水泥灌浆，再进行压力为3 M P a 的中化7 9 8 灌浆， 最后在上游侧进行压力为3 M P a 的L W 灌浆。中化7 9 8 灌浆完成 9 3 4 5 6 m ，平均注入量4 6 2 9 L m ，L w 灌浆完成15 6 3 1 5 m ，平均 注入量1 7 L m 。G 4 组合帷幕灌浆施工完成后对中化7 9 8 灌浆钻孔 取样进行了室内力学试验，就试验结果本身看，化学灌浆是成功 的，但取样代表性值得研究，试验结果离差系数较大，试样以破碎 岩体为主，对泥化带试样较少，甚至没有。 2 5 三峡工程基础化学灌浆试验 三峡工程坝基岩体
15、为闪云斜长花岗岩，坝基利用岩体以微新岩 石为主，部分利用了弱风化下部岩体。基岩总体透水性微弱，相对 不透水岩体( q 1 L u ) 埋深为1 0 6 0 m ，局部达1 1 0 m ，在断裂发育 带、卸荷带及岩脉与断裂接触面透水性强，相对不透水岩体顶板相 应下降。 各建筑物基础帷幕的防渗标准为透水率q 1 5 G P a ，抗拉强度R I 1 3 M P a ，抗剪参数c 1 5 M P a ， ，1 3 ，轴心抗压强度R 。1 0 5 M P a ，泊松比肛0 2 5 ，透水率 g l L u 。现场各项检查及取样室内试验结果表明，采用C W 浆材进 行水泥化学复合灌浆处理类似F ：，断层
16、破碎带，效果明显，各项力 学指标能达到上述标准。 1 0 4 3 结语 ( 1 ) 水工建筑物对地基防渗要求较高，采用普通水泥或细颗 粒水泥灌浆，特别是高压灌浆的广泛采用，一般能满足坝基防渗要 求。随着坝基防渗排水设计经验和已建工程坝基扬压力观测资料的 不断积累，坝基防渗设计标准有放宽的趋势，加之环境保护问题日 益得到重视，限制了化学灌浆技术在坝基防渗中的使用。 ( 2 ) 由于化学灌浆技术的独特优越性，在水利水电行业及其 他行业采用化学灌浆加固地基已越来越多，化学灌浆技术在地基加 固处理方面还是有较广阔的发展与应用前途的。 参考文献 1 谭日升，周建国丙烯酸盐灌浆材料的研制及其在万安工程 中的应用人民长江，1 9 9 4 ( 5 ) 2 柳栽舟黄河龙羊峡水电站G 。的组合化学灌浆帷幕第五届 化学灌浆技术交流资料汇集1 9 9 0 3 徐年丰，周和清三峡工程大坝基础处理设计人民长江， 1
