某特高拱壩灌漿施工關鍵技術研究

中圖分類號：U455.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0165-04

Abstract：Takinganultra-higharchdamofahydropowerstationasanexample，thisstudydiscusestheapplicationof damfoundationconsolidationgroutingtechnologyinimprovingdamfoundationstabilityandsafety.Basedontheanalysisof the generalsituationoftheultra-higharchdamproject，thedambodyexcavationandtheoptimizationtreatmentmeasuresof the damfoundationareanalyzed，andthetechnicalanalysisofthefoundationreinforcementmeasuresiscariedout.Duringthe study，about8Oinclinedholeswithadepthof8meterswereconsolidatedgroutingwasimplemented.Ordinaryportlandcement wasused，thewater-cementratiowassetatO.5，andtheoperationwascarriedoutunderstrictlycontrolledpressure.Through soundwavevelocityqualitytesting，theresultsshowthatgroutingsignificantlyimprovesthephysicalcharacteristicsofthedam foundationrockmass，rflectingitsefectivenessinimprovingthestabilityandbearingcapacityoftherockmass.Tisrsearch notonlyimprovestheoverallperformanceofthedamfoundation，butalsoprovidesimportantexperienceforfuturesimilarwater conservancy projects.

Keywords： ultra-high arch dam; foundation; grouting;construction; technology

特高拱壩的建設是水利工程的重要組成部分，眾多高度超過 3 0 0 m 的拱壩，如 3 0 5 m 的錦屏I級拱壩和 2 9 4 . 5 m 的小灣拱壩，展示了該地區在水利工程技術上的創新與進步。目前在建的烏東德拱壩和白鶴灘拱壩分別為 2 7 0 m 和 2 8 9 m ，進一步推動了這一領域的發展。在特高拱壩的建設過程中，面臨高水推力、地震烈度、地應力和復雜地質條件等多重技術與環境挑戰，這要求工程師在設計和施工中采取科學的技術方案。在此背景下，壩基灌漿技術顯得尤為關鍵，它能夠顯著提高壩基的穩定性和安全性，改善基巖的物理和力學性能，降低滲透性，從而解決沉降變形和抗滑穩定等關鍵問題。歷史上，因地基處理不當導致的潰壩事故凸顯了壩基加固處理的重要性，使得在復雜地質條件下進行有效灌漿變得尤為必要。針對特高拱壩的建設，深入研究壩基灌漿技術不僅能提高施工質量，還能為未來類似工程提供借鑒和經驗，促進水利工程領域的整體進步與發展，從而更好地服務于人們的生產和生活，推動地區經濟的可持續發展。

1 工程概況

1.1 項目概況

某混凝土拱壩的壩基最低高度為 3 2 4 . 5 m ，而壩頂則達到 6 1 0 m ，從而形成 2 8 5 . 5 m 的最大壩高，符合3 0 0 m 級特高拱壩的相關標準。大壩坐落在一條長達4 k m 的峽谷中，河流在其中筆直流淌，峽谷的形狀呈現出對稱的“U\"字型，谷底寬闊且平坦，四周環繞著陡峭的山坡。該地區的地質條件良好，未受到溝谷或斷層的影響。江邊的坡度變化在 3 7 0 m 到 4 3 0 m 之間，左右岸的坡度特征較為復雜，從平緩的斜坡到陡峭的巖壁都有，整體形成約2：1的寬高比，為拱壩的建設提供了理想的地形條件。在壩基的設計和施工中，主要利用微風化巖體及新鮮巖體，以確保壩體的力學性能和穩定性。河床的壩基高度為 3 3 2 m ，左岸和右岸的嵌深分別為 4 2 m 和 5 4 m 。壩址地形如圖1所示。

1.2 拱壩開挖施工及基礎創新措施

拱壩開挖施工面臨復雜的地質條件，特別是在壩址下游左岸的緩傾單斜地層中，這里存在層間錯動帶和節理裂隙等特征，這些因素對項基的穩定性造成了一定威脅。在這種情況下，施工過程需要特別關注這些地質特征對工程的潛在影響，以確保施工的安全和有效性。

為了解決這些問題，爆破施工技術被應用于確保建基面的質量。通過大量的實驗和安全監測，結合深孔臺階與預裂爆破的方式，能夠實現優化開挖。這種方法不僅提高了施工的效率，還有效減少了巖體的擾動，確保了開挖效果符合設計標準。通過對爆破參數的控制，能夠優化抗振動措施，從而將震動的影響控制在安全范圍內，降低了對周圍環境的影響。

在施工管理方面，采取了多種措施以提升施工的精度與效率。首先，通過對鉆機樣架進行改造，配合“三定\"管理措施，使得施工操作更加規范，進而提高了整體施工質量。此外，實施“三證\"管理制度以及“三次校鉆\"技術，有效降低了人為錯誤的風險，進一步保障了開挖質量。通過這些管理手段，確保了施工過程中各項指標的達標。

具體的施工數據表明，超欠挖、平整度和孔隙情況均達到了高標準要求，這為施工的安全性和穩定性提供了有力支持。在 3 2 4 . 5 m 以下的巖體固結灌漿過程中，特別針對基面下 2 0 m 深度的二級巖體進行處理，約占整體巖體的 14 % 。為此，采取了加深和加密灌槳孔的措施，同時調整了灌槳的壓力和水灰比，以確保固結灌漿的效果最佳2。這種系統的施工管理與技術措施相結合，不僅提高了施工的質量，還有效地降低了潛在的風險。通過精準的技術操作與細致的管理，整個施工過程能夠順利進行，并在地質條件復雜的情況下，確保壩基的穩定性與安全性。最終，所有的施工活動在嚴格的監控與評估下完成，為拱壩的長期運行提供了可靠的基礎。具體過程見表1。

2 基礎加固技術實施

2.1技術實施細節

拱壩的壩基固結灌槳處理旨在提升壩基的均勻性和整體性能。這一處理采用斜孔灌漿技術，通過設定特定的延伸距離來確保灌漿材料能夠有效滲透至壩基的各個區域。在壩踵上游，延伸距離為 5 m ，而在壩趾下游，延伸距離為 1 0 m 。此設計意圖擴大灌漿的覆蓋范圍，從而顯著提高灌漿效果，增強項基的穩定性。

在灌槳孔的布置方面，采用 3 m 的孔距和排距，計劃布置約80個孔，孔深設定為 8 m. 。此外，增加了約20個檢查孔，以便在后續的施工過程中進行質量檢測。這種布局設計充分考慮了灌漿的均勻性與有效性，預計所需的灌漿加固體積為 ，相應的灌漿液需求量為 。

在材料選擇上，使用普通硅酸鹽水泥R425，并將水灰比設定為 這一比例能夠確保水泥漿的流動性與強度，所需的總水泥量約為 5 3 0 t 。攪拌過程要求水泥漿需持續攪拌超過 3 m i n ，并在制備后 內完成使用，以保持水泥漿的活性，防止材料性能的下降。

在灌漿完成后進行試驗，以驗證灌漿后的密實性和抗壓能力。在灌漿過程中，壓力控制至關重要。整個操作過程中的壓力設定在 ，并根據灌漿的深度變化進行逐漸調整。最后，采用聲波檢測法對灌漿效果進行全面檢查。固結灌漿結構如圖2所示。

分析圖2可知，初始階段，混凝土的覆蓋厚度設置為至少 6 m ，而鄰近壩段的澆筑高度不得低于 4 . 5 m 0這一設計旨在為混凝土提供足夠的強度基礎，同時減少因變形引發的潛在風險。在混凝土澆筑的間歇期，固結灌漿的實施成為提升壩基質量的重要步驟，主要目的在于進一步增強壩基的穩定性。

隨著施工的深人，考慮到混凝土在抬動過程中可能出現的變形，后期的施工方案對覆蓋厚度進行了調整，將其修正為至少 7 . 5 m ，鄰近壩段的高度也修改至6 m 。這一變化反映了對施工環境和材料性能的深入分析，旨在在各種條件下提供更為堅固的項基。

不同壩段的灌漿方法選擇上體現了靈活性，緩坡壩段采用了有混凝土蓋重和無蓋重的灌漿方式結合引管灌漿的策略，而陡坡壩段則選擇了無蓋重的灌漿結合引管的有蓋重灌槳。此種方法的選擇考慮了不同地質條件的特性，以保證施工的有效性和安全性，確保各類壩段都能適應其特定的環境和結構要求。

在具體施工中，分序加密的原則被廣泛應用，以確保不同區域的灌槳處理均勻且有效。這種分階段加密處理的策略使得灌漿能夠更精準地滲透到每一個需要加固的區域，從而提高整個壩基的穩固性。為提升漿體的流動性和滲透性，采用了“自下而上\"或“自上而下\"的孔內循環灌槳方法。這種方法可以有效地控制漿體的分布，確保其充分滲透至各個層次。

在上下游的貼角部位，地層較為破碎，這樣的環境容易導致漿液外泄。因此，使用“孔口封閉法\"是非常關鍵的一步。這一措施確保了漿體能夠有效注入到固結地層中，不僅提高了項基的承載能力，還增強了其防滲效果，防止水流通過破碎的地層造成潛在的安全隱患。此外，針對河床壩段的地質實際情況，固結灌漿參數經過多次調整與優化，確保了在復雜地質條件下，灌漿能夠達到預期的效果[3-4]，見表2。

2.2 現場聲波檢測

針對大壩中心線的上下游2個區域，提出了對穿單孔聲波波速的檢測要求。該檢測方法利用聲波在不同介質中傳播速度的差異，能夠有效地揭示大壩內部結構的狀態。在檢測過程中，在大壩的上下游分別布置聲波傳感器，實時監測聲波的傳播特性。聲波通過混凝土和水的界面時，其傳播速度會受到材料密度、彈性模量以及存在的缺陷等因素的影響。具體檢測要求包括在不同工況（如溫度變化、水位波動等）下進行多次測量，確保獲取的數據具有高準確性和重復性。這些數據將為后續的維護和管理決策提供堅實的科學依據，幫助工程師及時識別出可能影響大壩安全的隱患。

在聲波波速檢測的實施過程中，數據的采集和分析是關鍵環節。通過對比上下游區域的聲波傳播速度，可以揭示潛在的結構問題或材料劣化現象。例如，聲波速度的明顯下降可能表明混凝土內部存在裂縫或空洞，而速度的變化趨勢則能夠反映出材料的老化程度。為了確保檢測結果的有效性，需要制定明確的標準和閾值，這將幫助在檢測過程中快速識別異常情況，并及時采取相應的應對措施。這一檢測過程不僅能夠保障大項的安全性，還能為日常監測和維護工作提供重要的技術支持，確保大壩在其生命周期內持續發揮良好的功能。通過系統的聲波波速檢測，可以建立全面的監測體系，為大壩的長期安全運行奠定堅實基礎。檢測結果如圖3所示。

由圖3分析可知，固結灌漿后，壩基巖體的質量顯著改善，聲波速度的數據變化清楚地表明，這一過程對于提高巖體的整體性能至關重要。灌漿前后的聲波值對比顯示，不同巖級在灌漿過程中都有不同程度的提升，反映出灌漿對巖體物理特性的有效增強。例如，壩段1-1的聲波速度從 5 3 0 4 m / s 提高至 5 5 4 9 m / s ，增幅為 4 . 6 2 % ；而壩段3-3的聲波值則從 提升至 3 8 4 2 m / s ，提升幅度達到2 8 . 6 7 % 。這些結果不僅說明了灌槳對于提高巖體強度和穩定性的重要性，更突顯了其在脆弱部位的改善效果，這對于確保大壩的整體安全性具有重大意義。

進一步分析各巖級的聲波提高率，可以發現壩段2系列的波速提升幅度相對較大。例如，壩段2-2的灌漿后聲波速度達到 4 0 1 1 m / s ，提升幅度高達 1 8 . 5 6 % ：壩段2-4的波速提升更是達到了 2 0 . 8 5 % 。這些數據表明，灌漿在相對較弱的巖體區域能夠更有效地填充空隙，增強壓實度，從而提升整體的穩定性和承載能力。此外，灌漿的實施還有效改善了影響帶、錯動帶及長大裂隙等薄弱地帶的狀態。這些區域原本存在結構不均勻的問題，灌漿后，通過良好的充填和壓密，巖體的整體狀態得到了顯著提升，為項基的長期安全運行提

供了堅實保障。

在整個壩基施工過程中，固結灌漿不僅提升了巖體的波速，而且通過提高波速的平均值，減少了波速值的波動范圍，進一步顯示出巖體的均一性和完整性得到了增強。統計數據顯示，壩段3的波速提升尤為明顯，反映出在這一階段的施工中采取了有效的技術措施，顯著改善了巖體的物理特性。這些成果為今后的壩基施工和維護提供了重要的參考依據，也為進一步優化灌漿工藝提供了實證支持。通過系統分析這些數據，不僅能夠為后續的工程決策提供科學依據，還能加強安全評估體系的建設，為大項的安全管理提供持續的技術保障。這種科學的監測與評估方法，將為日后的工程維護和優化設計提供更為堅實的基礎，確保大項在其整個使用周期內維持最佳的運行狀態。

3結論

本文深入分析了特高拱壩建設中基礎加固技術的重要性，特別強調了固結灌漿在確保壩基穩定性和安全性方面的關鍵作用。通過對某水電站拱壩的工程概況和施工過程的探討，得出以下結論：該水電站的混凝土拱壩位于穩定的峽谷地帶，地質條件和水文環境設計合理，確保了壩基的力學性能和整體穩定性。基礎加固在拱壩建設中，特別是固結灌漿技術顯著提高了壩基巖體的完整性和抗變形能力。通過合理布置灌漿孔和調整工藝，確保了灌漿材料的均勻分布，改善了壩基巖體的質量，特別是在脆弱部位。精細化的施工管理和嚴格的質量檢測體系保障了施工質量與安全，為后續工程奠定了堅實基礎

參考文獻：

[1]樊啟祥，周紹武，李炳鋒.溪洛渡特高拱壩建設的巖石工程關鍵技術[J].巖石力學與工程學報，2012，31（10）：1998-2015.

[2]張秀崧.智能建造助推復雜條件下特高拱壩建設[J].中國水利，2021（20）：50-53.

[3]王漢輝，丁剛，陳亮，等.烏東德水電站特高拱壩全壩無蓋重固結灌漿技術研究與應用[J].中國農村水利水電，2023（6）：249-254，260.

[4]姜清華，謝衛東，張建清.白鶴灘水電站特高拱壩施工管理綜述[J].湖南水利水電，2022（6）：1-7.