三峡工程无混凝土盖重固结灌浆的可行性

摘要：三峡二期工程工期紧、任务重，固结灌浆工程量大，大仓面混凝土浇筑与灌浆在一定条件下是可行的，对固结灌浆进行优化设计是必要的。

关键词：三峡工程 无混凝土固结灌浆 可行性 必要性

1 坝址工程地质特征

坝址区基岩以中粗粒花岗岩为主，细粒闪长岩次之。建基岩面利用岩体为微新岩石，局部为弱风化下部岩体。建基岩体工程地质条件较好，优质、良质岩体约占98%。RQD值一般70%～90%，变形模量一般为20—30Gpa，纵波速度4300～5500m/s，透水性弱，透水率小于lLU约占80%。

坝区经历多次构造变动，断层构造岩出露面积约占建基面积的2%。以F2、F9、F23为代表的压性断层为主，构造岩石多为碎裂岩，一般胶结良好；以F215、F548、F65为代表的张性断层次之，构造岩胶结较差，风化较强，少数呈松散状态。

裂隙以倾角大于60°的陡倾角为主，占75%以上；倾角30°～60°的中倾角裂隙占10%；缓倾角裂隙占13%。裂面以压扭性为主，裂面平直，闭合状、无充填、胶良好，裂隙长度一般2～5m，规模大者10～20m，极少数长度超过30m，间距一般2.5～3.5m，张性裂隙不发育、裂隙粗糙、微张开状，长度多小于10m。

此外，由于坝基开挖，建基面浅部岩体受卸荷及爆破影响，不同程度的损伤，局部岩块松动。

从总体上看，三峡大坝基础工程地质优良，大坝基础设计及基础处理中，一方面应考虑如何充分利用坝址优良的地质条件，尽量节约工程投资；另一方面要对地质缺陷部位、裂隙发育部位的不良岩体进行妥善处理。

2 大坝基础固结灌浆设计简述

设计采用常规布孔与重点加固相结合的原则。

2.1 固结灌浆的范围

一般范围为坝踵、坝址各l/4坝基宽度，并对主体防渗帐幕迎水侧的一排或两排固结孔适当加深；对坝基范围内出露的规模较大、性状较差的断层、岩脉、裂隙密集发育带等缺陷部位采用重点加固处理；对坝基特殊部位、高陡边坡部位视实际情况布孔。

2.2 设计参数

一般部位孔距2.5×2.5m，孔深入基岩；5～6m；主帷幕前的两排孔距2.0×2.0m，孔深入基岩10～20m；地质缺陷部位或有特殊要求的部位孔排距2.0×2.0m，孔深入基岩8～15m。灌浆压力一般0.3～0.5Mpa。

2.3 施工方案

以常规有混凝土盖重灌浆方式为主，对具备采用无混凝土盖重方式施工条件的部位，可采用无混凝土盖重方式施工。有混凝土盖重方式施工一般要求混凝土厚度不少于3.0m。采用分序加密，自上而下分段钻灌。

3 无混凝土盖重固结灌浆的可行性及其实施

3.1 无混凝土盖重固结灌浆的可行性

本次共做了三组无盖重固结灌浆试验，第一组位于临船上航道F7断层出露部位，第二组位于右岸导流明渠三期下游横向围堰处，第三组为左厂4—1乙块生产性试验。三组试验分别代表不同的地质条件：断层破碎带、裂隙发育带及一般地段。尽管所处地质条件不同，岩石透水性、吸浆量差别较大，但通过无混凝土盖重固结灌浆试验之后，岩体的强度，整体性得到了较大的改善，具有如下特点：

1)单位透水率和单位注入量，随着灌浆次序的增加，均有显著的降低(见表1)；单位注入量和单位透水率较大的段数频率随着灌浆次序增加而减少；断层带、裂隙发育带递减幅度相对较大。灌浆后检查孔的单位透水率小于3Lu占90%以上，透水宰大于3Lu的孔段均位于试验区的边缘。

表l

灌浆压力的使用至关重要。压力偏小，岩体得不到很好的灌注；压力偏大，会引起水力压裂和抬动。因此应在不引起水力压裂和抬动的原则下，尽量使用较大的灌浆压力，即最佳灌浆压力，这个最佳灌浆压力往往是由岩体本身工程地质特性确定，不是由岩体的上覆压力确定。

根据岩体裂隙的大小，张开程度、渗透性、可灌性，三峡坝基岩体大致可以分为Ⅳ类。

I类是宽大裂隙。裂面张开，伸延一般大于10m，透水性强、大于101u可灌性好、注入量大于20～15kg/m，在低压力下(0.1Mpa)吸浆量很大，此类裂隙不发育，起着导水作用，是首要灌注对象，不需用多大压力(0.1～0.3Mpa)就能取得良好的灌注效果。

Ⅱ类是较大的无充填闭合裂隙，因卸货、爆破影响后张开的闭合裂隙，短小的张性裂隙。透水性中等，透水率3～101u，注入量5～20kg/m，一般在小区域内自行封闭，开始吸浆中等，吸浆量逐渐减少，较快地达到结束标准。此类裂隙，在浅部较发育，一般在0.3～0.5Mpa压力下就能得到较好的灌注，超过此压力值，可能发生初步的水力压裂和抬动。

Ⅲ类是细小的致密裂隙。充填胶结好，岩石原本不透水和透水轻微，透水率1～3Lu，吸浆量小，单位注入率小于5kg/m。

此裂隙较发育，在吸浆量较小的情况下，可以提高灌浆压力到0.5～1.0MPa，一旦达到此压力值而吸浆量仍不大，再进一步提高灌浆压力，使原本闭合的裂隙张开，虽然灌了一些水泥，但要承受发生水力压裂和提高渗透性的风险。

Ⅳ类裂隙是极致密的裂隙。原本不透水、不吸浆，能承受较高的灌浆压力，极限压力可能达到5Mpa，此类裂隙是不需要做灌浆处理的。

灌浆压力应根据岩体的裂隙发育特征确定，而裂隙发育特征主要反映在岩体的单位吸浆量上，可以根据吸浆量确定灌浆压力，在无混凝土盖重固结灌浆时压力与吸浆量关系如表2

在实际操作过程中，第1序孔的第一段，往往吸浆量较大，首先应采用低压0.1～0.3Mp，；使第Ⅱ序孔第一灌浆压力可以适当提高，渐渐达到设计压力值0.3～0.5Mpa；第二段最终灌浆压力0.5～1.0Mpa，最大压力不应大于1.0Mpa，见表3。

表2