碧湖水库工程坝基固结灌浆试验分析

代凌云

(江西省水利水电开发有限公司，南昌 330000)

1 工程概况

碧湖水库工程位于屈曲河支流长田河中游段，地理位置在田抗乡境内，水库坝址则在王田河出口下游段175.0m峡谷处段。水库坝址区与市区相距26.0km。水库坝址区控制流域面积231.0km2，蓄水位正常值为3.74m，总库容3012×104m3，供水、发电、灌溉设计总引水流量为12.3m3/s，水库电站总装机4.0MW，水库主要用于供水、灌溉、发电等用途。

坝址处河流大致呈南东流向，过坝后基本呈正东流向，属横向谷，河谷呈“U”字型，较狭窄，谷底宽约35m，正常蓄水位高程处谷宽约160m，河底高程约为132m。左岸为河湾山脊，南东走向，轴线处山顶高程约为224m，岸坡坡度约40°；右岸为河间山脊，南东走向，轴线处山顶高程为186-195m，岸坡坡度约45°。工程区位于浒岭背斜的北西翼，坝区岩层呈单斜，走向北东，倾向北西偏上游，产状一般在NE35°-50°/NW∠35°-65°，部分呈北东东或近东西走向，见有5条规模稍大断层及若干次生小断层，节理裂隙发育。

2 试验准备

本次水库坝基固结灌浆试验选择了S1和S2两个试验区，S1区岩体主要为深灰色薄层灰岩夹少量极薄层灰岩岩性，结构致密，但层间存在错动，岩体自身强度高风化性弱，由于存在卸荷作用，故岩体质量不良。S2区岩体为灰-深灰色薄层灰岩夹少量中厚灰岩层，岩层层间存在明显揉皱，呈碎鳞片状，卸荷作用明显，岩体质量差。

天然条件下碧湖水库坝址区岩体达不到混凝土坝基础的设计施工要求，必须通过固结灌浆加固处理，故实施本次固结灌浆试验。试验目的主要是进行坝基岩体固结灌浆加固处理措施可行性判断，为灌浆施工提供适宜的灌浆材料、浆液设计比、灌浆孔间距、孔深、注浆压力等参数取值，最后通过孔内压水试验、卸荷试验等进行灌浆处理后岩体结构质量改善程度的分析，为固结灌浆施工方案优化设计提供依据[1]。

3 灌浆试验过程及结果分析

3.1 灌浆量分析

根据对碧湖水库坝基固结灌浆试验结果的统计与分析，所选取的两个试验区灌浆量存在较大差别，两个试验区灌浆量试验结果比较，见表1。

表1 两个试验区灌浆量试验结果比较

根据对不同试验区试验结果的比较发现，两个试验区岩体的可灌注性均较好，但缺乏均一性，表明区域内岩体存在结构及质量等方面的差异。相比较而言，试验区S1岩体吃浆量更大，这也与区域岩体结构特征基本吻合。

3.2 灌浆量影响因素

3.2.1 灌浆序次

根据表1碧湖水库坝基固结灌浆量试验结果，灌浆序次是影响单位灌浆量的主要因素之一，两个试验区单位灌浆量均随灌浆序次的增加而迅速递减：试验区S1内序次Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所对应的单位灌浆量分别为967.12kg/m、422.14kg/m、223.66kg/m；试验区S2内序次Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所对应的单位灌浆量分别为447.39kg/m、155.97kg/m、113.43kg/m。充分说明，在序次Ⅰ孔结束灌浆后试验区内大部分裂隙均得到充填、延伸和扩散，在序次Ⅱ孔灌浆后灌注效果进一步加强，序次Ⅲ孔所耗费单位灌浆量最少。

3.2.2 结构面

通常情况下，断层、挤压破碎带、陡倾角裂隙等单位灌浆量较大的试验段岩体均具有发育的构造形迹，碧湖水库坝基固结灌浆所选试验段结构面属于受灌岩体中较为吃灰的结构面，且试验区S2岩体内存在发育断层且分布位置较高，导致其结构面比试验区S1发育，岩体卸荷程度也高。

但结合地勘资料看，碧湖水库坝基钻孔岩芯获取率不高，反应岩石强度及破碎程度的RQD值[2]也偏低，所以对具体结构面单位耗浆量岁灌浆序次变化的变动情况存在一定分析难度，文章只能做出整体上的分析与评价。试验区S2内埋深10m以内浅部的小断层虽然灌浆压力小，但单位耗浆量均较大，从上至下总耗浆量和单位耗浆量分别在13380-48882kg及113.43-447.39kg/m范围变动，表明断层带具有较好的可灌注性，通过固结灌浆加固处理切实可行。

对于同一测孔内存在陡倾角裂隙发育上下段的情况下，上段单位耗浆量比下段大，说明陡倾角裂隙具有较好的连通性，下部结构面能得到充分的灌注与填充。

3.3 岩体透水率分析

灌浆试验结束后在两个试验区设置检查孔，进行压水试验检查，压水试验结果，见表2。

表2 压水试验结果

由表2试验结果可知，试验区S1灌浆后检查孔内岩体的透水率<3Lu的区间段数为16段，在总试验段数中占比88.89%，岩体透水率3-6Lu和6-10Lu的区间段均为1段，分别占5.55%，符合固结灌浆试验相关规范；试验区S2灌浆后检查孔内岩体的透水率>10Lu的区段在总试验段中占比62.5%，岩体透水率较大，不符合灌浆试验规范要求。

3.4 灌浆效果及岩体质量分析

3.4.1 测试方法

采用地球物理测试方法进行灌浆效果和岩体质量改善情况的检查，具体而言，在水耦合情况下采用声波测试仪及地震仪进行试验区内测孔灌浆前及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔单孔声波测试以及两孔间岩体地震波测试。其中，单孔声波测试采用兼具发射、接收还能装置的一发双收测试探头，按照20cm间距设置测试点并由下至上逐个点测试；两孔间岩体地震波测试则在同一孔内按1.0m间距设置12道串联检波器，在另一孔内按2.0m间距设置激发点检测，完成后两孔互换。文章所进行的单孔声波测试结果能基本反应测试区域测孔周围岩体质量及结构面情况[3]。

3.4.2 测试结果分析

测试结果表明，两个试验区内单孔声波波速和两孔间岩体地震波波速均随灌浆序次增加而提升。试验区S1内灌浆前检查孔及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔岩体声波波速均值分别为3340m/s、3660m/s、4320 m/s和4650m/s，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔岩体声波波速分别比灌浆前检查孔岩体声波波速提升了9.58%、29.34%及39.22%；孔间岩体灌浆前及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔灌浆后地震波纵波平均波速分别为2340m/s、2870m/s、3560m/s、3980m/s，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔灌浆后分别比灌浆前波速提升了13.2%、36.5%和52.3%。

试验区S2内由于部分测孔存在漏水情况，声波测试虽顺利进行，但结果准确性有待进一步验证。灌浆前检查孔及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔岩体声波波速均值分别为2470m/s、3580m/s、3840 m/s和4110m/s；孔间岩体灌浆前及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序次孔灌浆后地震波纵波平均波速分别为1640m/s、2150m/s、2720m/s、2800m/s。

根据地震波测试结果，岩体地震波纵波波速虽灌浆序次增加而提升，表明两个试验区内Ⅰ、Ⅱ序次孔灌浆后其岩体内裂隙已基本得到灌注和填充，Ⅲ序次孔的灌浆对剩余细微裂隙进一步加密补灌，灌浆效果较为明显。

4 结 论

考虑到碧湖水库坝基区域岩层主要为夹杂少量灰岩的粉砂质泥灰岩，岩体存在较大的风化卸荷深度，且结构面发育，具备良好的连通性，所以本试验选用DGH.SRC抗硫酸盐水泥灌浆材料，试验结果表明，本次试验根据坝址岩体特征、卸荷程度等所确定的2:1、1:1、0.8:1、0.6:1四个等级的水灰比灌浆浆液较为科学，试验结果也证实了固结灌浆对岩层结构加固具有显著作用，所获得的试验数据可用于碧湖水库坝基固结灌浆设计施工。