水电站河床坝基固结灌浆效果分析

王国棉

【摘 要】本文以某水电站工程为例。结合该水电站工程的地理条件，对水电站河床坝基进行灌浆处理，施工完毕之后，施工单位需从河床坝基的各种性能出发，通过建立三维地质模型来全面分析河床坝基的质量以及固结灌浆的效果。

【关键词】水电站；河床坝基；固结灌浆；施工效果

0.引言

某水电站工程的坝型为双曲拱坝，坝高达到285.5m，该水电站的功能是以发电为主、以防洪减涝为辅，并且还有改善下游航运的功能。在本水电站工程当中，河床坝基的固结灌浆鬼母相对较大，其主要涉及到左右两岸7个坝段，坝段的搞成应该在324.5～3287m之间，坝段沿河长为70m，横向宽度为130m，河床坝基固结灌浆的总面积达到9铅平米。

在本水电站工程中，河床坝基的地势相对较为平缓，将其开挖之后经过测量，有厚为25～30m的上统峨眉山玄武岩，而下伏岩层中主要包括有玄武岩、泥页岩以及石灰岩等。其中在上统峨眉山玄武岩与玄武岩之间存在着层间错动带，其高程为290～300m，河床坝基上统峨眉山玄武岩层以Ⅲ1级岩体为主，少量Ⅱ级岩体，部分Ⅲ2级岩体；上统峨眉山玄武岩层以下岩层以Ⅱ级岩体为主。其中Ⅱ、Ⅲ1级岩体均满足大坝建基要求，Ⅲ2级岩体约占15%，由错动带交汇或裂隙集中发育等构造原因造成，一般不连续分布，随机发育，需进行处理。Ⅲ2级岩体、上统峨眉山玄武岩层内随机发育的错动带，以及因地应力松弛和开挖爆破造成的松弛岩体为坝基固结灌浆的主要对象。

1.固结灌浆设计方案以及质量控制

1.1固结灌浆设计方案

在该水电站工程当中，施工人员在河床坝基中采用的是混凝土有盖重固结灌浆方式进行施工，其中在浇筑混凝土的过程中，要求每一次灌浆的坝段必须超过6m，每两个相邻坝段之间灌浆因超过4m。灌浆完成之后，施工人员必须要求混凝土的强度达到设计要求的50%，然后在对河床坝基进行钻孔灌浆。在钻成孔的过程中，施工人员应该将灌浆孔的孔距控制为1.5m×3.0m，并且要求灌浆孔成梅花形分布。其中在河床坝基上游部分，要求有1/3坝段的灌浆孔的深度为25m，而在下游部分要求有2/3坝段的灌浆孔深度达到30m，要求灌浆孔的直径为Φ110mm。等到灌浆施工完毕之后，施工人员需要对其进行全面检查，了解其关注的效果，如果存在着没有达到设计要求的坝段，那么施工人员需要采取有效的措施来对其进行弥补，并且对其进行重新检查，如果存在少部分没有达到设计要求的坝段，那么施工人员可以在廊道内采取有效的措施进行补强灌浆，以此来保证河床坝基的稳定性。

1.2固结灌浆之后的质量检查

当施工人员对河床坝基进行灌浆施工之后，还需要采用声波测试、钻孔全景图像等多种方法相结合的方式来对灌浆后的效果进行检查，另施工人员还需要通过各种试验与资料来对灌浆后的施工质量进行评定。通过检查分析，在本水电站工程中，所检查的灌浆孔的总数占到总灌浆孔总数的5%左右。为了对其进一步检查，施工人员还采用了其他先进的设备来对灌浆孔进行测定。

2.河床坝基固结灌浆的效果分析

在河床坝基灌浆完成之后，施工人员可以采用可行性研究以及灌浆的设计方案来对其进行研究，结果发现，在层间错动带上部的玄武岩主要是由Ⅲ1级岩体组成，在大坝设计过程中，设计人员对于玄武岩的变形模量是10GPa，另外，在工程的设计过程中，设计师需要在高程为400m以下的位置开挖来对其地质条件进行分析，并根据实际情况对大坝作了合适的调整，其中河床坝基的Ⅲ1级岩体的变形模量应该为9GPa。在河床坝基固结灌浆的效果分析过程中，施工人员需要从坝基的整体性、均衡性、变形特点以及抗渗性等各角度出发，从而对其灌浆效果进行合理的分析。

2.1河床坝基的整体刚度

（1）钻孔的变模量。在对河床坝基整体性刚度分析的过程中，施工人员主要是通过灌浆孔的变形模量以及声波速度来了解其灌浆的效果。在本水电站工程中，左岸至右岸的七个坝段之中，施工人员对其中47个灌浆孔进行了相应的测试，结果发现，灌前23孔，灌后24孔。

根据统计结果可知7个坝段灌后各坝段变形模量平均值均大于设计要求的9GPa，最大值为14.5GPa，最小值为9.7GPa；河床坝基整体变形模量灌后平均值为12.3GPa，满足设计要求。从钻孔变形模量的统计结果可以发现，整个河床坝基、各坝段岩体的整体刚度得到明显提高，灌浆效果显著，达到了设计要求。

（2）E0-Vp相关关系。根据不同设计阶段获得的）E0、Vp数据进行回归分析，得到声波与变形模量的相关关系如下：

E0=0.0867VP3.233（r=0.88） （1）

利用公式（1），可将河床坝基大量的钻孔声波数据、并考虑层内错动带的影响可以得到坝基岩体的综合变形模量，进行河床坝基的整体刚度分析。

7个坝段参与统计声波的单孔或对穿孔共81组，覆盖了整个河床坝基。从坝段平均波速计算变模值来看，最小值为13.2GPa，最大值为22.1GPa。

（3）坝基岩体综合变模分析。河床坝基岩层为层状岩体，无断层发育，主要地质构造为层内错动带Lc，倾角平缓，带宽一般3-5cm，少数10-20cm，局部交汇。若同时考虑河床坝基岩体与错动带的受力、变形，可按公式（2）计算其综合变形模量。

E= （2）

式中E代表综合变形模量；a1、a2分别为岩体和Lc所占的百分比；E1、E2分别为岩体和错动带Lc的变形模量计算采用值。

现根据公式（2）对整个河床坝基的综合变形模量进行敏感性计算、分析，成果，可以发现整个河床坝基灌后检查孔声波平均值为5402m/s，根据公式（1）得到河床坝基声波计算变模值为20.2GPa，作为公式（2）中岩体变形模量E1的计算采用值。根据坝基岩体声波测试的经验，层内错动带（k）固结灌浆前波速平均值多在2500-3300m/s，灌后平均波速多在3500-4200m/s，根据声波变模转换关系，变模值为5.0～9.0GPa，但实际上错动带（Lc）经过灌浆处理后声波值一般提高较大，变模值提高幅度较小，不能达到5.0-9.0GPa。可研、招标阶段对层内错动带（Lc）提出的变形模量建议值为2.0-3.0GPa，考虑到固结灌浆后错动带（Lc）的变模值有一定的提高，故计算采用值臣取上限3.0GPa。河床坝基以下30m范围内的P：13，层岩体中层内错动带（k）的厚度多在0.5一1.5m，所占百分比1.7%～5%。从表3的计算成果来看，当河床坝基下部不发育错动带时，岩体的综合变模为20.2GPa；当错动带所占百分比为5%时，综合变模为15.7GPa；即便考虑到错动带随机发育、个别坝段下部可能发育数量较多厚度较大、平均厚度增加至3m、所占比例为10%时，综合变模为12.8GPa，仍能满足设计要求。

2.2均一性

坝基岩体的均一性改善主要表现为缓倾角层内错动带物理力学性能的提高，减小不可恢复变形。在物探测试方面主要反映在固结灌浆前后钻孔变模测试中小值的减小、波速小于4000m/s测试段所占比例的的减小和错动带声波值的提高等方面。

2.3抗渗性

固结灌浆后对河床坝基的透水性进行了质量检查。压水试验在各坝段灌浆结束7d后进行，试验采用单点法，每5m为一个压水试验段。经过系统灌浆后，河床坝段压水试验中未出现透水率大于4.5Lu的测试段，小于3Lu的试验段占总试验段的85%以上，整个河床坝基呈弱偏微透水层，有效提高了坝基的抗渗性，一定程度上可对坝基帷幕灌浆起到辅助作用。

3.结束语

通过对某水电站河床坝基灌浆检查资料的分析、计算，表明灌浆达到了预期效果，使坝基在整体刚度、均一性、抗渗性等方面得到改善，能够满足拱坝建基要求。通过建立河床坝基灌浆效果三维分析模型，提高了地质资料综合分析和科学决策能力。

【参考文献】

[1]王法刚，程喜林，肖国强.钻孔弹模仪检测坝基固结灌浆效果[J].矿山压力与顶板管理，2005（03）.

[2]朱伯芳，李玥，张国新.渗流场中排水孔直径、间距及深度对排水效果的影响[J].水利水电技术，2008（03）.