水電工程巖體固結灌漿評價方法與標準淺析

許海燕，陳波，裴琳，朱燕梅

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

1 概述

固結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性能的一種工程處理措施。固結灌漿的主要作用是提高巖體的整體性、提高巖體的抗壓強度與彈性模量、減小巖體變形與上部建筑物的不均勻沉降?；A固結灌漿作為一項對隱蔽工程進行處理的手段，二十一世紀前多以鉆孔芯樣和壓水試驗成果對工程處理質量進行評價。隨著科技水平的發展，目前國內外涌現出了大量新的物探檢測技術方法針對固結灌漿效果進行評價，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。在水電水利灌漿規范及工程物探規程中，對于固結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行跟蹤、快速檢測，獲取客觀、準確的數據，評價固結灌漿效果，促進固結灌漿施工工藝的提高，為固結灌漿質量檢查驗收和設計調整灌漿參數提供定量的依據。

固結灌漿質量檢查應采用以聲波測試為主，鉆孔變模和鉆孔全景圖像為輔，結合鉆孔壓水試驗、灌漿前物探成果、有關灌漿施工資料以及鉆孔取芯資料等進行綜合評定。

目前各大水電工程基礎固結灌漿質量評價均采用物探手段，一般在灌漿前后進行物探檢測。物探孔分灌前檢測孔和灌后檢查孔兩類，孔深與該區灌漿孔深度一致。物探孔數量占灌漿孔總數的比例為: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%)，在每個單元內灌漿前后至少各布置3個檢測孔。

2 固結灌漿評價方法及標準

現行《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》建議固結灌漿效果檢測采用彈性波波速測試，其巖體波速標準由設計單位規定，設計人員根據各工程特點及地質條件編制灌漿聲波評價標準。筆者結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準過程中應考慮的幾大因素，旨在為提高固結灌漿效果而做出有益的嘗試，期望為將來制定固結灌漿評價標準提供借鑒。

(1)根據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，在壩基不同區域確定不同的波速和變模標準。目前在建的溪洛渡、大崗山水電站大壩基礎固結灌漿標準按此原則制定。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固結灌漿質量聲波檢查驗收標準表。

根據溪洛渡水電站壩基玄武巖巖體結構的特點，固結灌漿質量檢查孔聲波波速按每個壩段的平均波速和單孔或對穿孔的平均波速進行評價。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的百分比滿足標準的基礎上，再對壩段內的單孔聲波值按表2的規定進行評價，要求單孔合格率應達到80%以上;對于低高程及河床部位，按受力條件將灌漿區域分為大壩中心線以上和以下單元進行評價。對于灌后的不合格段，不應集中在局部區域，并應消除集中分布的低波速段。

(2)依據各級巖體及巖性聲波波速指標的差異性、灌漿工藝微觀機理確定灌漿驗收標準，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準。錦屏一級水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩區基礎巖體工程地質條件復雜，發育斷層30條以及深部裂隙、層內錯動帶、綠片巖夾層等，根據其巖體條件和建基面應力分布特點，固結灌漿后的評價標準分為一般標準和復雜地質條件檢測指標。一般標準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準。聲波速度以每個檢查孔為單位進行統計，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計規定的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技術指標見表3。

當壩基地質條件復雜(如節理裂隙發育、強風化綠片巖發育、溶蝕裂隙密集、層間擠壓帶發育等原因)造成灌后聲波波速大于85%測點的值經各方綜合評判，可采用鉆孔變形模量、巖體平均聲波波速的檢測指標按表4標準評價。

表1 溪洛渡水電站壩段巖體平均聲波速度檢查驗收標準表

表2 溪洛渡水電站壩段巖體單孔(或對穿)聲波速度檢查驗收標準表

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

(3)大壩基礎固結灌漿的驗收標準主要依據大壩受力特點、巖體地質條件，還可根據波速提高率作為驗收標準。龍灘水電站大壩基礎灌漿合格標準按不同巖性灌漿前后波速提高率和保證率制定，灌漿效果評價標準分為不明顯、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;波速控制標準是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的波速控制標準取值表

按照設計要求，達標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%，達標滿足程度為滿足;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，達標滿足程度為基本滿足;否則為不滿足，出現此種情況時，可根據現場實際情況考慮采用波速提高率來評價灌漿達標情況。

3 固結灌漿標準制定原則

根據已建和在建水電工程檢測實踐經驗，在制定灌漿評價標準過程中，應綜合考慮水工建筑物受力特點、基礎巖體條件、施工工藝以及巖體灌漿效果等因素，其基本原則如下:

(1)固結灌漿是提高壩基巖體物理力學參數的主要手段，在可研階段和灌漿施工前都要開展生產性灌漿試驗，其主要目的是針對壩基巖體的地質特性、試驗灌漿工藝和參數，分析各級巖體灌漿后可能改善的情況，確定各類、各級巖體固結灌漿后可以達到的波速和變形模量指標。一般情況下，固結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?？晒嘈院玫牟顜r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)評價標準的聲波速度指標可采用平均波速，并按壩基巖體灌漿前的波速提高5% ～10%確定。另外，固結灌漿過程是把巖體中的裂隙用水泥漿填滿，因此，低波速應明顯減少，而完整巖體的高波速不會提高，由此評價標準可按低波速減少至5%以下，85%的波速應大于波速中值。在實際工程中，平均波速和低波速標準控制程度不同，往往會出現差異;在復雜(較差)巖體條件下，平均波速標準容易達到，而低波速標準的保證率較難達到。

(3)固結灌漿施工質量的評價標準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波速標準較高，而高高程和上游壩基波速標準可適當降低。但在實際工程中，這種評價方式往往將評價單元劃分過小，聲波檢測孔數量較少時，評價不具有代表性。

(4)評價標準還可按巖體質量分級確定。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。依據巖級制定的標準對壩基地質條件更有針對性，對于某些區域灌漿不達標的狀況，可以分析其地質條件方面的因素，其缺點是劃分巖級有一定難度，人為因素相對較大。

(5)固結灌漿的評價標準還應根據灌漿方式確定。無蓋重灌漿時，淺部巖體灌漿效果相對較差，評價標準也應適當降低;有蓋灌漿、引管灌漿的灌漿效果較好，評價標準可適當提高。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)，波速也會相應提高。

4 結語

水電工程壩基巖體固結灌漿是一項隱蔽工程，灌漿效果必須采用先進的、定量化的評價手段進行檢測，方可達到準確評價灌漿效果的目的。固結灌漿標準的確定，首先應通過灌漿試驗分析各類、各級波速和變模提高的幅度，再結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準，并針對重點灌漿區域和處理對象，分析不達標的因素，為補充或加強灌漿提供指導建議，確保固結灌漿處理達到預期效果。

［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.