三河口水利枢纽坝基固结灌浆试验研究

罗畅 冯骏驰 董康乾 燕军乐

摘 要：为保证三河口水利枢纽大坝浇筑施工进度及坝基固结灌浆质量，需要进行坝基无盖重固结灌浆试验。对试验区地质条件进行研究，依据地质条件编制了固结灌浆试验方案，对灌浆前后透水率、单位注灰量、抬动变形等进行了分析与讨论。结果表明：左、右岸坝基及右岸断层裂隙带3个试验区平均透水递减率分别为96.7%、81.8%、73.4%，各孔压水透水率均呈不断减小的趋势;3个试验区平均单位注灰量递减率分别为64.7%、12.6%、66.4%，各孔单位注灰量均呈不断减小的趋势;3个试验区各孔段压水透水率均小于3.0 Lu;各孔段均未在施工过程中出现抬动变形。这些结果表明了此次固结灌浆具有良好效果。

关键词：固结灌浆;高碾压混凝土拱坝;三河口水利枢纽

中图分类号：TV523 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.10.024

Experimental Study on Consolidation Grouting of Sanhekou Water Control Project

LUO Chang， FENG Junchi， DONG Kangqian， YAN Junle

（Hanjiang-to-Weihe River Water Diversion Project Construction Co.， Ltd.， Xian 710100， China）

Abstract：In order to ensure the construction progress of the dam pouring of the Sanhekou Water Control Project and the quality of the dam foundation consolidation grouting， it is necessary to carry out the dam foundation non-cover weight consolidation grouting test. Based on the study of the geological conditions of the test area， the consolidation grouting test scheme was worked out according to the geological conditions and the water permeability before and after grouting， the unit ash injection amount and uplift deformation were analyzed and discussed. The results show that the average water permeability decline rates of the three test areas on the left and right bank dam foundations and the right bank fault fissure zone are 96.7%， 81.8% and 73.4% respectively and the water permeability of each pore pressure shows a decreasing trend; the average of the three test areas of the decline rates of unit ash injection volume are 64.7%， 12.6% and 66.4% respectively， and the unit ash injection volume of each hole shows a decreasing trend; the pressure water permeability of each hole section of the 3 test areas is less than 3.0 Lu; each hole section has no lifting deformation occurred during the construction process. These results show that the consolidation grouting has a good effect.

Key words： consolidation grouting; high RCC arch dam; Sanhekou Water Control Project

1 工程概況

三河口水利枢纽地处陕西省佛坪县与宁陕县交界的子午河峡谷段，是引汉济渭工程的两个水源之一[1]，更兼任整个调水工程的中枢。三河口水利枢纽的主要任务是将支流子午河来水和汉江干流来水进行抽蓄调配，进而向关中地区供水[2]。三河口水利枢纽作为我国少见的高碾压混凝土拱坝之一，坝高为145 m，正常蓄水位643 m，总库容7.1亿m3，调节库容6.62亿m3。

大坝基岩主要为变质砂岩，部分为结晶灰岩，岩体较碎、裂隙分布密集、透水率大。为保证大坝浇筑施工进度及坝基固结灌浆质量，需要结合地质特点，进行坝基无盖重固结灌浆试验，验证坝基无盖重固结灌浆的工艺及参数。本研究在左、右岸坝基各选择1个普通固结灌浆试验区，在右岸上坝路断层带（Sf507）选择一个具有代表性的断层裂隙带固结灌浆试验区，验证大坝地质条件下无盖重固结灌浆的可灌性、工艺流程、施工方法、设计参数等。

2 工程地质条件

左、右岸坝基固结灌浆试验区设在坝肩槽高程592～602 m。左坝肩高程655 m以下表面覆盖厚度0.5～7.0 m的崩坡积碎石土。下伏基岩主要由变质砂岩及结晶灰岩组成，属BⅣ2类坝基工程岩体;高程577 m以上，岩体完整性较差，声波波速变化大，弱风化分带不明显，属AⅢ2类坝基工程岩体[3]。

右坝肩基岩裸露，主要由变质砂岩组成，局部为结晶灰岩，夹透镜状伟晶岩脉及石英脉，属BⅣ2类坝基工程岩体;弱风化上带岩体完整性较差，声波波速变化很大，属AⅢ2类坝基工程岩体;弱风化下带岩体较完整，属AⅢ1类坝基工程岩体;微风化岩体较完整，属AⅡ类坝基工程岩体。

右岸坝基646～623 m高程断层带Sf507为逆断层，产状195°～210°∠65°～80°，破碎带宽度0.1～0.3 m，影响带宽度3.0～5.0 m，断层带以糜棱岩为主，局部夹泥，断层破碎带固结灌浆试验区选在右岸上坝路断层带Sf507具有一定代表性。

3 固结灌浆试验设计

3.1 试验流程

根据《三河口水利枢纽大坝工程坝基固结灌浆试验大纲》及监理批复意见，本次固结灌浆试验灌浆方法为：Ⅰ序孔采用自上而下分段钻孔、洗孔、压水及灌浆;Ⅱ序孔采用一次成孔，自下而上分段洗孔、压水、灌浆。主要施工流程如图1所示。

3.2 试验区场地选择及孔位布置

左、右岸坝基固结灌浆试验区灌浆孔均按梅花形布置，共3排，孔深入岩8 m，孔向垂直基岩面;左岸坝基固结灌浆试验区灌浆孔间排距3.0 m×3.0 m，右岸坝基固结灌浆试验区灌浆孔间排距2.5 m×2.5 m，各试验区均设置抬动观测孔1个。

右岸断层裂隙带固结灌浆试验区灌浆孔按梅花形布置，共3排孔，孔距2 m，排距1.2 m，孔深沿着断层倾角入岩20 m，设置抬动孔1个。

固结灌浆试验区布孔如图2所示。

4 固结灌浆现场试验

4.1 钻 孔

固结灌浆试验有取芯要求的钻孔全部采用XY-2型地质钻机，其他钻孔和扫孔用100B风动钻机，孔径为76 mm，钻孔开孔孔位偏差均不大于10 cm。

4.2 洗 孔

（1）钻孔沖洗。钻孔完成后，进行钻孔冲洗，将钻具提离孔底10～20 cm，采用大流量清水，敞开孔口进行冲洗，直至回水澄清为止。

（2）裂隙冲洗。在完成第一步钻孔冲洗后，使用灌浆压力80%的压力水对裂隙进行冲洗，实现进一步清洗的目的。

4.3 压水试验

在裂隙冲洗后，进行压水试验[4]。Ⅰ序孔、物探测试孔和检查孔进行单点法压水试验，分段长度同灌浆段长度。采用灌浆压力80%的压水压力（不大于1 MPa）进行试验。其他灌浆孔灌前进行简易压水试验，参数同上。

4.4 灌 浆

（1）灌浆方法。I序孔与Ⅱ序孔使用不同的灌浆方法进行固结灌浆试验，具体灌浆方法如图3所示。

（2）灌浆压力。固结灌浆试验灌浆压力见表1，可针对灌浆过程中可能出现的各类情况进行压力调整。同时为了防止在施工过程中发生抬动，需要按照表2（P为最终设计压力）调控灌浆压力与注入率。

（3）灌浆结束标准和封孔。当灌浆压力达到最大设计压力时，吸浆量低于1.0 L/min，30 min后灌浆结束，采用导管注浆法（水灰比0.5∶1）进行封孔。

4.5 施工中特殊情况处理

坝基表面岩体局部裂隙较发育，在左岸坝基固结灌浆试验区ZGS-1-Ⅰ-1第2段灌浆时，发现该孔口上部6～10 m范围内岩石缝隙出现多处漏浆部位，表面封堵无效后，采取限流、限压、间歇等灌浆措施，仍无法达到正常灌浆结束标准，最后进行待凝处理，24 h后重新扫孔复灌，达到结束标准。

左岸坝基固结灌浆试验孔ZGS-2-II-2第2段灌浆时，与物探孔W1和W2串浆，现场及时采用孔口封闭器进行封堵处理后该段灌浆达到正常结束标准。

右岸断层处理带固结灌浆试验孔YDGS-3-I-3第2段灌浆时孔口周边岩石表面裂隙出现明显漏浆，现场采用逐级变浆、限流、限压、间歇措施进行了处理。

右岸断层处理带固结灌浆试验孔YDGS-2-II-4第3段灌浆时，在该孔附近坝肩槽同高程部位岩缝出现明显漏浆，现场采取逐级变浆、限流、限压措施进行了处理。

右岸坝基固结灌浆试验孔YGS-2-I-3第2段灌浆时，该孔附近岩缝出现明显漏浆现象，现场采取限流、限压、变浆、间歇等措施进行了处理。

5 固结灌浆成果及分析

5.1 透水率及单位注灰量成果

本次固结灌浆试验3个试验区的透水率及水泥注灰量灌浆成果分析统计见表3，结果表明：左岸坝基、右岸坝基、右岸断层处理试验区内，各个孔序均显现出了具有清晰递减趋势的平均透水率与平均单位注灰量，与一般灌浆规律所吻合[5]。

5.2 透水率分析

（1）左岸坝基固结灌浆试验区物探孔压水3段，压水时均无压力、无回水;Ⅰ序孔压水6段，其中2段压水时无压力、无回水，透水率最小为0.00 Lu，平均透水率为304.80 Lu;Ⅱ序孔压水5段，透水率最大为20.93 Lu，最小为0.98 Lu，平均透水率为9.98 Lu。由压水结果可见，各孔压水透水率均呈不断减小的趋势，此次固结灌浆具有良好效果。

（2）右岸断层处理带固结灌浆试验区物探孔压水12段，其中5段压水时无压力、无回水，透水率最小值17.50 Lu;Ⅰ序孔压水16段，其中2段压水时无压力、无回水，透水率最小为8.53 Lu，平均透水率为85.00 Lu;Ⅱ序孔压水6段，透水率最大为60.05 Lu，最小为1.94 Lu，平均透水率为22.62 Lu。从压水结果可以看出，物探孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔压水透水率减小趋势明显，具有一定灌浆效果。

（3）右岸坝基固结灌浆试验区物探孔压水3段，压水平均透水率为17.31 Lu;Ⅰ序孔压水6段，压水透水率最大為248.98 Lu，最小为9.36 Lu，平均透水率为53.42 Lu;Ⅱ序孔压水4段，透水率最大为11.33 Lu，最小为7.84 Lu，平均透水率为9.74 Lu。由压水结果可见，各孔压水透水率均呈不断减小趋势，此次固结灌浆具有良好效果。

5.3 单位注灰量分析

（1）左岸坝基固结灌浆试验区Ⅰ序孔灌浆6段，灌入水泥7 957.1 kg，单位注灰量平均值为221.03 kg/m;Ⅱ序孔灌浆5段，灌入水泥2 339.7 kg，单位注灰量平均值为77.99 kg/m。Ⅱ序孔单位注灰量比Ⅰ序孔明显减小，递减率为64.7%，灌浆效果良好。

（2）右岸断层破碎带固结灌浆试验区Ⅰ序孔灌浆28段，灌入水泥81 144.77 kg，单位注灰量平均值为644.01 kg/m;Ⅱ序孔灌浆24段，灌入水泥23 378.86 kg，单位注灰量平均值为216.47 kg/m。Ⅱ序孔单位注灰量比Ⅰ序孔明显减小，递减率为66.4%，取得了一定的灌浆效果。

（3）右岸坝基固结灌浆试验区灌浆Ⅰ序孔灌浆6段，灌入水泥7 024.9 kg，单位注灰量平均值为195.14 kg/m;Ⅱ序孔灌浆5段，灌入水泥5 117.7 kg，单位注灰量平均值为170.59 kg/m。Ⅱ序孔单位注灰量比Ⅰ序孔呈减小趋势，递减率为12.6%，灌浆效果良好。

5.4 抬动观测及变形分析

在每个试验区布置1个抬动孔，抬动观测孔深度大于相应部位固结灌浆孔深度2.0 m，孔径76 mm，采用地质钻机造孔。抬动观测装置使用千分表进行相关观测与记录。观测期间对抬动观测装置进行了有效的防护，避免出现碰撞、震动现象而影响测试精度。本次试验采用的抬动观测装置如图4所示[6]。根据现场原始资料统计，各孔段均未在施工过程中出现抬动变形。

5.5 质量检查孔成果分析

通过对布置的质量检测孔进行取芯和压水试验来验证本次固结灌浆试验的效果，试验的取芯采样率：左岸坝基固结灌浆试验区达92.2%，右岸坝基固结灌浆试验区达92.8 %，断层破碎带试验区达75.1%。断层破碎带试验区采样率较低的原因是该试验区属于断层破碎带，地质条件不佳。质量检查孔压水试验成果见表4。可见，各孔段压水透水率均小于3.0 Lu，符合固结灌浆试验质量检查标准。

6 结 论

通过试验验证了变质砂岩地质条件下坝基无盖重固结灌浆的工艺及参数，以及研究标段地质条件下无盖重固结灌浆的可灌性、工艺流程、施工方法、设计参数（如孔距、排距、布孔分序、灌浆压力、水灰比）。通过研究可知，3个试验区各孔压水透水率均呈不断减小的趋势;3个试验区平均单位注灰量递减率分别为64.7%、12.6%、66.4%，各孔单位注灰量均呈不断减小的趋势;3个试验区各孔段压水透水率均小于3.0 Lu;各孔段均未在施工过程中出现抬动变形。这些结果表明了此次固结灌浆具有良好效果。

本文论证了坝基无盖重固结灌浆的灌浆效果及质量检查标准，探索了无盖重固结灌浆合理的施工工艺措施，进一步研究适宜的固结灌浆方案、浆液配合比，对坝基固结灌浆施工方法和检查标准提出建议，完善了坝基固结灌浆设计，为固结灌浆施工图设计提供依据，并为后期大面积开展无盖重固结灌浆施工做好准备。

参考文献：

[1] 毛拥政.三河口水利枢纽主要技术问题和设计方案[J].中国水利，2015（14）：86-88.

[2] 王海成.三河口水库坝址区工程地质条件分析与坝址选择[J].水资源与水工程学报，2012，23（3）：156-159.

[3] 赵玮.三河口水利枢纽碾压混凝土拱坝体形优化[J].陕西水利，2015（6）：85-87.

[4] 罗贯军，郭增光，张熊君.白鹤滩水电站柱状节理玄武岩固结灌浆试验成果分析与建议[J].水利水电技术，2015，46（10）：117-120.

[5] 王志强，李国超，魏杰，等.双护盾TBM隧洞同孔一次灌浆试验研究[J].人民黄河，2019，41（12）：118-121，126.

[6] 李荣军.引汉济渭三河口大坝坝基帷幕灌浆试验研究[J].浙江水利水电学院学报，2017，29（4）：20-23.

【责任编辑 张华岩】