水電工程巖體固結(jié)灌漿評價方法與標(biāo)準(zhǔn)淺析

許海燕，陳波，裴琳，朱燕梅

(1.中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072;2.四川中水成勘院工程勘察有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 概述

固結(jié)灌漿是指在巖體中通過向鉆孔中灌漿以改善巖體物理力學(xué)性能的一種工程處理措施。固結(jié)灌漿的主要作用是提高巖體的整體性、提高巖體的抗壓強(qiáng)度與彈性模量、減小巖體變形與上部建筑物的不均勻沉降。基礎(chǔ)固結(jié)灌漿作為一項對隱蔽工程進(jìn)行處理的手段，二十一世紀(jì)前多以鉆孔芯樣和壓水試驗成果對工程處理質(zhì)量進(jìn)行評價。隨著科技水平的發(fā)展，目前國內(nèi)外涌現(xiàn)出了大量新的物探檢測技術(shù)方法針對固結(jié)灌漿效果進(jìn)行評價，其中主要的有單孔聲波、對穿聲波、鉆孔全景圖像、鉆孔變模及地震波層析成像測試。在水電水利灌漿規(guī)范及工程物探規(guī)程中，對于固結(jié)灌漿檢測要求采用聲波檢測為主要方法，鉆孔變模測試和壓水試驗為輔助方法。國內(nèi)已建和在建的大型水電工程如二灘、小灣、溪洛渡、錦屏、官地、大崗山等均采用單孔聲波為主，輔以其他檢測方法，通過對灌漿施工全程進(jìn)行跟蹤、快速檢測，獲取客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，評價固結(jié)灌漿效果，促進(jìn)固結(jié)灌漿施工工藝的提高，為固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查驗收和設(shè)計調(diào)整灌漿參數(shù)提供定量的依據(jù)。

固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查應(yīng)采用以聲波測試為主，鉆孔變模和鉆孔全景圖像為輔，結(jié)合鉆孔壓水試驗、灌漿前物探成果、有關(guān)灌漿施工資料以及鉆孔取芯資料等進(jìn)行綜合評定。

目前各大水電工程基礎(chǔ)固結(jié)灌漿質(zhì)量評價均采用物探手段，一般在灌漿前后進(jìn)行物探檢測。物探孔分灌前檢測孔和灌后檢查孔兩類，孔深與該區(qū)灌漿孔深度一致。物探孔數(shù)量占灌漿孔總數(shù)的比例為:聲波孔10%(灌漿前后各占5%)、鉆孔變模2%(灌漿前后各占1%)、鉆孔全景圖像5%(灌漿前后各占2.5%)，在每個單元內(nèi)灌漿前后至少各布置3個檢測孔。

2 固結(jié)灌漿評價方法及標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》建議固結(jié)灌漿效果檢測采用彈性波波速測試，其巖體波速標(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計單位規(guī)定，設(shè)計人員根據(jù)各工程特點及地質(zhì)條件編制灌漿聲波評價標(biāo)準(zhǔn)。筆者結(jié)合目前已建和在建的幾個水電工程灌漿效果檢測評價實例，闡述了在制定灌漿評價標(biāo)準(zhǔn)過程中應(yīng)考慮的幾大因素，旨在為提高固結(jié)灌漿效果而做出有益的嘗試，期望為將來制定固結(jié)灌漿評價標(biāo)準(zhǔn)提供借鑒。

(1)根據(jù)水工建筑物的受力特點，對壩基巖體變形模量的要求存在差異，在壩基不同區(qū)域確定不同的波速和變模標(biāo)準(zhǔn)。目前在建的溪洛渡、大崗山水電站大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿標(biāo)準(zhǔn)按此原則制定。一般情況下，低高程河床部位的受力大于兩岸壩肩，壩趾處的壓應(yīng)力大于壩踵部位，河床及壩趾部位巖體完整程度較兩岸壩肩及壩踵要求高。表1、2為溪洛渡水電站大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿質(zhì)量聲波檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)表。

根據(jù)溪洛渡水電站壩基玄武巖巖體結(jié)構(gòu)的特點，固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查孔聲波波速按每個壩段的平均波速和單孔或?qū)Υ┛椎钠骄ㄋ龠M(jìn)行評價。聲波檢測為單孔聲波和(或)對穿聲波，其原則是在單孔測試的基礎(chǔ)上，按工程師要求開展對穿孔測試。在一個壩段的平均波速和小于4000m/s的百分比滿足標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再對壩段內(nèi)的單孔聲波值按表2的規(guī)定進(jìn)行評價，要求單孔合格率應(yīng)達(dá)到80%以上;對于低高程及河床部位，按受力條件將灌漿區(qū)域分為大壩中心線以上和以下單元進(jìn)行評價。對于灌后的不合格段，不應(yīng)集中在局部區(qū)域，并應(yīng)消除集中分布的低波速段。

(2)依據(jù)各級巖體及巖性聲波波速指標(biāo)的差異性、灌漿工藝微觀機(jī)理確定灌漿驗收標(biāo)準(zhǔn)，二灘水電站和在建的錦屏一級、官地水電站均按此原則制定驗收標(biāo)準(zhǔn)。錦屏一級水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩區(qū)基礎(chǔ)巖體工程地質(zhì)條件復(fù)雜，發(fā)育斷層30條以及深部裂隙、層內(nèi)錯動帶、綠片巖夾層等，根據(jù)其巖體條件和建基面應(yīng)力分布特點，固結(jié)灌漿后的評價標(biāo)準(zhǔn)分為一般標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)雜地質(zhì)條件檢測指標(biāo)。一般標(biāo)準(zhǔn)以聲波波速和單位透水率為主，淺部(0～5m)分無蓋重和有蓋重灌漿波速標(biāo)準(zhǔn)。聲波速度以每個檢查孔為單位進(jìn)行統(tǒng)計，壓水試驗孔段合格率在85%以上，不合格孔段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定的150%且不集中。防滲帷幕中心線上、下游各5m范圍透水率不大于1 Lu;其它范圍的透水率不大于3Lu。各級巖體的物理力學(xué)技術(shù)指標(biāo)見表3。

當(dāng)壩基地質(zhì)條件復(fù)雜(如節(jié)理裂隙發(fā)育、強(qiáng)風(fēng)化綠片巖發(fā)育、溶蝕裂隙密集、層間擠壓帶發(fā)育等原因)造成灌后聲波波速大于85%測點的值經(jīng)各方綜合評判，可采用鉆孔變形模量、巖體平均聲波波速的檢測指標(biāo)按表4標(biāo)準(zhǔn)評價。

表1 溪洛渡水電站壩段巖體平均聲波速度檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)表

表2 溪洛渡水電站壩段巖體單孔(或?qū)Υ?聲波速度檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)表

表3 錦屏一級水電站大壩基礎(chǔ)灌漿處理后巖體聲波速度和單位透水率指標(biāo)要求(一般標(biāo)準(zhǔn))表

表4 錦屏一級水電站灌漿處理后巖體鉆孔變形模量和平均聲波波速指標(biāo)要求表

(3)大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿的驗收標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)大壩受力特點、巖體地質(zhì)條件，還可根據(jù)波速提高率作為驗收標(biāo)準(zhǔn)。龍灘水電站大壩基礎(chǔ)灌漿合格標(biāo)準(zhǔn)按不同巖性灌漿前后波速提高率和保證率制定，灌漿效果評價標(biāo)準(zhǔn)分為不明顯、較好、顯著，其中平均提高率＜5%為不明顯、平均提高率為5%～10%為較好、平均提高率＞10%為顯著;波速控制標(biāo)準(zhǔn)是85%的測試值大于高值、小于低值的測試值不超過3%且不集中，取值見表5。

表5 龍灘水電站壩基各巖性對應(yīng)的波速控制標(biāo)準(zhǔn)取值表

按照設(shè)計要求，達(dá)標(biāo)評價的滿足程度為滿足、基本滿足、不滿足，其中85%的測試值大于高值且小于低值的測試值不超過3%，達(dá)標(biāo)滿足程度為滿足;滿足小于低值的測試值不超過3%且滿足80%的測試值大于高值，達(dá)標(biāo)滿足程度為基本滿足;否則為不滿足，出現(xiàn)此種情況時，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況考慮采用波速提高率來評價灌漿達(dá)標(biāo)情況。

3 固結(jié)灌漿標(biāo)準(zhǔn)制定原則

根據(jù)已建和在建水電工程檢測實踐經(jīng)驗，在制定灌漿評價標(biāo)準(zhǔn)過程中，應(yīng)綜合考慮水工建筑物受力特點、基礎(chǔ)巖體條件、施工工藝以及巖體灌漿效果等因素，其基本原則如下:

(1)固結(jié)灌漿是提高壩基巖體物理力學(xué)參數(shù)的主要手段，在可研階段和灌漿施工前都要開展生產(chǎn)性灌漿試驗，其主要目的是針對壩基巖體的地質(zhì)特性、試驗灌漿工藝和參數(shù)，分析各級巖體灌漿后可能改善的情況，確定各類、各級巖體固結(jié)灌漿后可以達(dá)到的波速和變形模量指標(biāo)。一般情況下，固結(jié)灌漿后聲波速度能提高5% ～15%，較完整巖體提高率低一些，完整性差的巖體提高率高一些。可灌性好的差巖體灌后波速可提高25%以上，而變形模量的提高率一般大于聲波速度的提高率。

(2)評價標(biāo)準(zhǔn)的聲波速度指標(biāo)可采用平均波速，并按壩基巖體灌漿前的波速提高5% ～10%確定。另外，固結(jié)灌漿過程是把巖體中的裂隙用水泥漿填滿，因此，低波速應(yīng)明顯減少，而完整巖體的高波速不會提高，由此評價標(biāo)準(zhǔn)可按低波速減少至5%以下，85%的波速應(yīng)大于波速中值。在實際工程中，平均波速和低波速標(biāo)準(zhǔn)控制程度不同，往往會出現(xiàn)差異;在復(fù)雜(較差)巖體條件下，平均波速標(biāo)準(zhǔn)容易達(dá)到，而低波速標(biāo)準(zhǔn)的保證率較難達(dá)到。

(3)固結(jié)灌漿施工質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)可按壩基受力條件和對基巖的要求確定，在低高程和下游壩趾區(qū)波速標(biāo)準(zhǔn)較高，而高高程和上游壩基波速標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低。但在實際工程中，這種評價方式往往將評價單元劃分過小，聲波檢測孔數(shù)量較少時，評價不具有代表性。

(4)評價標(biāo)準(zhǔn)還可按巖體質(zhì)量分級確定。通常，II類巖體灌漿提高率較低，III類和IV類巖體提高率相對較高。依據(jù)巖級制定的標(biāo)準(zhǔn)對壩基地質(zhì)條件更有針對性，對于某些區(qū)域灌漿不達(dá)標(biāo)的狀況，可以分析其地質(zhì)條件方面的因素，其缺點是劃分巖級有一定難度，人為因素相對較大。

(5)固結(jié)灌漿的評價標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)根據(jù)灌漿方式確定。無蓋重灌漿時，淺部巖體灌漿效果相對較差，評價標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)適當(dāng)降低;有蓋灌漿、引管灌漿的灌漿效果較好，評價標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)提高。在上覆大壩澆筑到一定高度后，壩基巖體會有一定程度的壓緊(壓密)，波速也會相應(yīng)提高。

4 結(jié)語

水電工程壩基巖體固結(jié)灌漿是一項隱蔽工程，灌漿效果必須采用先進(jìn)的、定量化的評價手段進(jìn)行檢測，方可達(dá)到準(zhǔn)確評價灌漿效果的目的。固結(jié)灌漿標(biāo)準(zhǔn)的確定，首先應(yīng)通過灌漿試驗分析各類、各級波速和變模提高的幅度，再結(jié)合壩基巖體條件和受力情況有針對性地選擇評價方法和標(biāo)準(zhǔn)，并針對重點灌漿區(qū)域和處理對象，分析不達(dá)標(biāo)的因素，為補(bǔ)充或加強(qiáng)灌漿提供指導(dǎo)建議，確保固結(jié)灌漿處理達(dá)到預(yù)期效果。

［1］孫 釗，編著.大壩基巖灌漿［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］沙 椿主編.工程物探手冊［M］.北京:中國水利水電出版社，2011.