化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果

华勤建

化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果

华勤建

华勤建

杭州华能大坝安全工程技术有限公司

引言

大岗山电站位于四川省雅安市石棉县挖角乡境内，是大渡河中游上段的第14梯级电站。文章以大岗山水电站修建过程中实施的AGL1化学灌浆工程为例论述化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果。

制定大岗山水电站AGL1化学灌浆方案

大岗山水电站位于四川省雅安市石棉县挖角乡境内，是大渡河中游上段的第14梯级电站，于2014年8月全部完工，仅次于瀑布沟水电站，与长河坝水电站齐名。大岗山工程区处于川滇南北向构造带北段，与北东向、北西向等构造带交汇复合，地震地质背景颇为复杂，坝址区西侧4km处，有大渡河断裂经过，而4.5km处，又有磨西断裂经过，地带构造极不稳定，地震基本烈度是Ⅷ度。场地基岩分布较为复杂，主要是澄江期微红色及灰白色中粒黑云二长花岗岩，又间杂多种岩脉，如花岗细晶岩脉、辉绿岩脉和闪长岩脉等，但以辉绿岩脉为多，形成了陡倾角，在气液交代变质作用下，岩体发生严重蚀变现象。加之河床受承压热水的作用，更增加了工程场地地质条件的复杂程度。大岗山水电站左岸940灌浆平洞长155.43m，依据设计要求，灌浆孔呈双排三角形排列，孔距为2.0m，排距为1.5m，并将灌浆孔分为五个单元，使用普通水泥和超细水泥做灌浆处理，但灌浆效果不尽理想。为此，我单位根据《大渡河大岗山水电站帷幕灌浆科研试验成果评审及相关技术问题咨询意见》制定了AGL1化学灌溉方案。鉴于工程场地左右岸940有较厚的辉绿岩脉，在完成两排水泥灌浆孔后，再于中间增加一排灌浆孔，运用PSI-501与PSI-530浆材进行化学灌浆。

大岗山水电站AGL1化学灌溉工程施工概况

在大岗山水电站AGL1化学灌溉工程中，每个单元设置一排化学灌浆孔，孔距2.0m，平均孔深不宜小于100.0m，整个工程共分为5个单元，共有75个灌浆孔。自2013年11月中旬起，我单位组织工程人员及机械设备进场，2014年3月进场设置到位，于该月上旬提前进入施工阶段，灌浆工艺上使用ф56mm钻进行钻孔单次全孔成型，通过自下而上分段卡塞纯压式顶浆排水的方式实施化学灌浆，接触段灌浆长度是2.0m，第二段灌浆长度是3.0m，以下各段灌浆长度结合场地岩脉情况而定，其中花岗岩层灌浆长度是10.0m，辉绿岩层的灌浆长度是5.0m。射浆管一般被安置于距离灌浆孔低于0.3m的地方，灌浆压力需处于0.8～3.0Mpa范围内，注入率处于0.05L/min.m～0.1L/min.m范围内。AGL1化学灌溉工程采用了PSI-501和PSI-530两种浆材，当注入的PSI-501化学浆液达到80L/m时，进而改用粘度增加更快的PSI-530化学浆液，按照这种方式进行逐级变浆灌注。大岗山水电站AGL1化学灌溉工程实施灌浆施工120d，待凝28d，检查孔施工20d，于2014年8月20日完成所有工作。

探究化学灌浆对于辉绿岩脉的加固效果

对于大岗山水电站AGL1化学灌溉工程，为了测试化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果，综合采用了多种测试方法，主要涉及如下三个方面。

弹性波检测方面

岩体弹性波对岩体结构面与裂隙发育程度均有所反映，相关检测表明，实施灌浆施工前，场地辉绿岩脉段单孔声波值为3656m/s，实施水泥灌浆后单孔声波值增加为4843m/s，有效提高了岩体密实度，但花岗岩层段实施水泥灌浆后的单孔声波值高达5165m/s，明显高于辉绿岩脉灌浆后的单孔声波数据，有效充填并压密花岗岩层的有利结构面，为化学灌浆时浆液有效注入辉绿岩脉创造了便利条件，经由化学灌浆后，花岗岩脉段的单孔声波值变为5184m/s，辉绿岩脉段的单孔声波值变为5153m/s，两类岩脉的声波值相差不大，极大地改善了灌浆场地岩体的均一性。

表1 岩体弹性测试结果

磨片鉴定方面

磨片鉴定可用来论证化学灌溉对辉绿岩脉所产生加固效果的可靠性，分别取得水泥灌浆和化学灌浆试样，对两者予以磨片鉴定，鉴定成果表明如下几点：一是实施水泥灌浆的多个试样中均可见到水泥结石，但水泥结石含量较少，水泥结石黏附程度不高，导致切片取样时水泥结石被磨掉，而化学灌溉工艺运用的环氧胶具有优质胶结性能，使得化学灌溉后所取试样都形成了环氧树脂，环氧树脂和裂隙面以及裂隙填充物形成了结实的胶结结构；二是即便是在水泥灌浆的基础上实施化学灌浆，仍可看见环氧浆液沿着辉绿岩脉的裂隙进行填充，形成了网状和树枝状的裂隙填充效果，即便是已有填充物的裂隙，如绿泥石脉，仍能形成良好的填充效果，如所取化学灌浆试样中，填充裂隙宽度范围是0.05～2.00mm，实施化学灌浆工艺后，运用偏光显微镜观察可知，诸如0.01mm宽度的细微裂隙也已然被填充好，并具有良好的胶结性能。

图1 环氧树脂网状填充细微裂隙

图2 环氧树脂树枝状填充细微裂隙

室内力学试验方面

室内力学试验伴随着AGL1化学灌浆工程的各阶段结束后而落实，取岩芯试样实施室内力学试验，同样是辉绿岩脉，实施水泥灌浆后的抗剪断强度指标c为26.62MPa，f为1.07；实施化学灌浆后的抗剪断强度指标c为23.89～28.54MPa，f为2.10～2.25。将两项灌浆强度参数对比可知，实施复合灌浆工艺后的辉绿岩脉具有更强的抗剪断性。

钻孔变形模量方面

使用钻孔弹（变）模仪能够测出钻孔变形模量，这是一种小范围内的岩体参数，仪器测量结果一般与现场变形结果存在差距。受各孔线测线处岩性和岩体质量的影响，灌浆阶段获取的测变形模量往往具有离散性，一般而言，实施复合灌浆工艺所获取的变形模量值更高，但离散程度却较小。在AGL1化学灌浆工程中，实施化学灌浆后，花岗岩脉和辉绿岩脉的变形模量均有明显提高，如辉绿岩脉的变形模量为11.2～11.3GPa，约为灌浆工艺实施前的1.17倍。试验表明，实施化学灌浆后岩体的整体性大幅提高，变形模量未超过8GPa，辉绿岩脉力学指标符合坝基建设的要求。

结语

大岗山水电站AGL1化学灌浆工程场地是微细裂隙发达的辉绿岩脉，在实施高压水泥灌浆后再实施化学灌浆，取得了极为良好的加固效果。首先是化学灌浆成功实现了对裂隙开度相差较大的辉绿岩脉的灌注，连续而完整地改善了岩体；其次是对于辉绿岩脉的灌浆处理，基于水泥灌浆的基础上再实施化学灌浆更经济有效；最后是化学灌浆对于辉绿岩脉具有明显的加固效果，岩体传递应力增强，岩体整体刚度增大，岩体微细裂隙填充胶结性能良好，端部应力集中降低或消除，在岩体裂隙扩展时，岩体屈服极限增大，强度大为提高。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.061