《1 概况》

1 概况

硗碛电站装机容量240MW,于2002年10月开工,坝址位于四川省宝兴县硗碛乡下游1km的东河上,挡水建筑物为碎石土心墙堆石坝,坝顶高程2143.00m,坝底建基面高程2020.00m,最大坝高123m,库容2.12X108m3。

在可行性研究和招标阶段对坝区进行了详细勘探,完成5.5m浅井、3700m3坑槽探、钻探3403m/49孔(其中两岸坝肩13孔)、硐探752m/8个(其中两岸坝肩6个硐),以及大量压水、声波、触探、岩体大剪、岩体变模、岩石物理力学试验等。

《2 坝肩基本地质条件》

2 坝肩基本地质条件

勘探揭示:坝肩两岸岩体为千枚岩、变质砂岩互层,风化、卸荷作用较强,断层、裂随发育〔见表1、图1、图2),左岸强风化、强卸荷水平深度14.6~42.8m,受断层F1影响在高程2083.00m局部达73.7m; 右岸强风化、强卸荷水平深度32.4~66.4m,受断层f12影响在高程2143.00m局部达113.3m;坝区破碎带宽度大于1m的较大规模次级断层有5条(F1,F2,F3-1,f12,f14),其中F3-1破碎带宽度达13.5m;出露长度大于10m的小规模次级断层有31条。声波测试表明:0~8.2m范围岩体声波波速1730m/s,8.2~10.2m范围岩体声波波速2674m/s；10.2~15m范围岩体声波波途3473m/s。表明岩体破碎,风化、卸荷作用强烈。压水试验表明:挖除表面强风化层(最大达19m)后,剩余岩体0~5m范围透水率大于100Lu,最大达715.3La,5m以下范围岩体透水率10~100Lu。表明岩体为强透水至中等透水层。

《表1》

表1 坝区岩体风化卸荷特征统计表

Table1 Character stable of weathering and relaxing in dam area     /m

《图1》

图1 坝肩处理方案及灌浆试验布置示意图

Fig.1 Scheme for Abutment Treatment and Grouting Test

《图2》

图2 坝肩处理示意图

Fig.2 Section of Abutment Treatment

《3 处理方案研究》

3 处理方案研究

《3.1 处理方案初步分析》

3.1 处理方案初步分析

根据国内外土石坝设计经验及《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定(以下称《规范):“土质防渗体和反滤层宜与坚硬、不冲代和可灌浆的岩石连接。若风化层较深,高坝宜开按至弱风化层上部,中、低坝可开挖至强风化层下部,在开挖的基础上对基岩再进行灌浆等处理。.....坝基岩面上宜设混凝土盖板、喷混凝土或喷水泥砂浆“[1]。由于坝胴两岸岩体为千枚峡、砂岩互层①,

强风化水平深度达14.6~66.4m,按该规范开挖至弱风化上部,工程量巨大,有必要研究并采用既安全可靠又经济合理且便于施工的处理方案。为此,拟定了5种处理方案(见图1)进行研究比较:

方枝1 浅挖浅固结:   心墙及反滤层范围强风化岩石挖除12m(最大深度),接触面设混凝土盖板兼作压重进行浅层固结灌浆处理,最大深度15m；对开挖面以下强风化岩体布置3排帷幕进行帷幕灌浆,弱风化岩体布置2排。

方案2 深挖浅固结:  心墙及反滤层范围强风化岩石挖除1m(最大深度),接触面设混凝土盖板兼作压重对部分强风化岩体进行固结灌浆处理,灌浆深度平均10mi对开挖面以下强风化岩体布雾3排帷幕进行帷幕灌洁,弱风化岩体布置2排。

方案3 浅挖全固结:  心墙及反源层范围强风化岩石挖除12m(最大深度),接触面设混凝土盐板兼作压重,对全部强风化岩体进行固结灌浆处理,最大深度30m;对开挖面以下强风化岩体布置3排帷幕进行帷幕灌浆,弱风化岩体布置2排。

方案4 深挖全固结:  心墙及反源层范围强风化岩石挖除19m(最大深度),接触面设混凝土盖板兼作压重,对全部强风化岩体进行固结灌浆处理,最大深度24mi对开挖面以下强风化岩体布置3排帷幕进行帷幕灌浆,弱风化岩体布置2排。

方案5 浅挖浅固结加混凝土防渗墙:  心墙及反滤层范围强风化岩石挖除12m(最大深度),接触面设混凝土盖板兼作压重进行固结灌浆处理,灌浆深度平均15m,混凝土防渗墙截断强风化岩体并深入弱风化岩体1m(最大垂直深度37m),布置2排帷幕对防渗墙下马风化岩体进行帷幕灌浆。

上述各方案优缺点比较见表2。

《表2》

表2 坝肩处理各方案比较表

Table2 Alternative schemes of the dam abutment treatment

参考国内外经验,从经济性和可靠性两方面分析,可以看出:方案1可靠性差,方案5投资太高,均不可行。方案2,3,4均有成立的可能性,应通过灌浆试验进一步验证和选择。

《3.2 灌浆试验》

3.2 灌浆试验

3.2.1 试验目的    研究固结灌浆孔距、灌浆方法和工艺流程;帷幕灌浆方法和工艺流程;研究达到

3.2.2 要求标准的灌浆深度和帷幕排距,为方案选择提供依据。

3.2.2 试验控制标准    根据《规范》要求,并参考国内外经验[2,3],确定坝肩灌浆试验控制标准为:

1) 固结灌浆: 通过固结灌浆,使强风化岩体声波波速提高至3000m/s以上,透水率达到或接近弱透水层指标,即达到弱风化岩体标准,以满足《规范》高坝宜开挖至弱风化层上部的要求。

2) 帷幕灌浆: 通过帷幕灌浆,使坝肩岩体透水率降低至<5Lu,即达到《规范》帷幕灌浆的设计标准应按灌后基真的透水率控制,1级、2级坝和高坝透水率宜为3~5Lu的要求。

《3.3 现场固结灌浆试验》

3.3 现场固结灌浆试验

3.3.1 试验方案    固结灌浆试验场地选择在右岸坝肩2120一2143m高程坝轶线附近,为大坝心墙及反滤层与坝肩峡体接触带,面积8mx16m。试验场分为2个试验参数单元(见图1):3m孔距和2.5m孔距试验区。各试验区布置6个灌浆孔(其中1个兼作先导孔进行灌前声波检查),1个灌后声波检查孔,1个灌浆拒动观测孔。灌浆孔分为两序。

试验机具:    先导孔、检查孔为取芯孔,采用金刚石回转钻,其余采用潜孔锤冲击回转钻。

试验内容及要求:

1) 先导孔进行灌前声波检查,一序孔做单点压水试验,二序孔做简易压水试验,检查孔做灌后声波检查和单点压水试验,抬动观测孔做抬动观测(要求抬动为零)。

2) 灌浆方式采用循环式,灌浆方法采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法。

3) 开展钻孔及裂随冲洗方法试验研究

4) 灌前应开展水泥浆液及结实体性能试验、外加剂对水泥浆液及结实体性能影响试验、不同配合比下水泥浆液及结实体性能试验,以选择合格材料,提出材料的探量和配合比。

3.3.2 试验成果及工艺    固结灌浆试验成果见表3。成果表明:

1) 通过固结灌浆可将岩体声波波速平均值由2500m/s提高至3500m/s,透水率平均值由410Lu降低至18Lu,即将裂隙密集、结构松散的强风化岩体固结成为达到弱风化指标的岩体,透水性由强透水带固结成为中等偏弱的透水带。固结灌浆效果朋显。

2) 孔距3m与2.5m灌前、灌后岩体声波波速和透水率平均值相差不大,但2.5m灌区波速小于3000m/s的部位灌前占68%,灌后占7%,其中最小值为2756m/s;3m灌区灌前波速小于3000m/s的部位占48%,灌后占28%,其中最小值为2381m/s。说明灌浆孔距采用2.5m才能满足要求。

3) 孔深小于10m岩体灌前指标差,裂隙密集、结构松散,灌后指标大幅度提高;孔深大于10m岩体灌前声波值已达到3000m/s以上,灌后指标提高幅度不大。说明固结灌浆深度采用10m可行且经济。

4) 固结灌浆方式、方法、使用材料、外加剂、配合比及灌浆工艺合理、可行。

5) 固结灌浆可将岩体由强透水带固结成为中等佐骏透水带,但仍未达到相对不透水带(<5Lu)要求。因此还需进行帷幕灌浆。

《表3》

表3 固结灌浆试验成果表

Table3 Consolidation grouting test results table

《3.4 现场帷幕灌浆试验》

3.4 现场帷幕灌浆试验

3.4.1 试验方案    帷幕灌浆试验场地选择在右岸坝肩2120~2143m高程坝轶线附近,为大坝心墙及反漓层与坝肩岩体接触带。试验场分为2个试验参数单元(见图1):排距1m帷幕区和排距1.25m帷幕区。

1.25m帷幕区远离固结灌浆区,面积为5.5mX11m,4个灌浆孔(其中1个兼作先导孔进行灌前透水率检查)、2个灌后透水率检查孔、1个灌浆拍动观测孔。灌浆孔排距1.25m,间距2m,分为三序。

1m帷幕区布置在两个固结灌浆区之间的帷幕灌浆线上,面积为6mx9m,布置14个灌浆孔(其中1个兼作先导孔进行灌前透水率检查)、2个灌后透水率检查孔、1个灌浆拙动观测孔。灌浆九排附1m,间距2m,分为三序。

试验机具:  先导孔、检查孔为取芯孔,采用金刚石回转钻,其余采用潜孔锤冲击回转钻。

试验内容及要求:

1) 先导孔(灌前)、一序孔、检查孔(灌后)做单点压水试验,二、三序孔做简易压水试验,拙动观测孔做拒动观测.(要求拍动为零)。

2) 灌浆方式采用循环式,灌浆方法采用孔口封闭、自上而下分段灌浆。

3) 开展钻孔及裂隙冲洗方法试验研究

4) 灌前应开展水泥浆液及结实体性能试验、外加剂对水泥浆液及结实体性能影响试验、不同配合比下水泥浆液及结实体性能试验,以选择合格材料,提出材料的探量和配合比。

3.4.2 试验成果及工艺    帷幕灌浆试验成果见表4、表5。成果表明:

1) 通过帷幕灌浆可将岩体透水率平均值降低至3.88Lu(1m帷幕区)和7.62Lu(1.25m帷幕区),即将裂隙密集、结构松散的强风化、强透水岩体固结成为不透水一弱透水岩体。帷幕灌浆效果明显。

2) 孔间距2m、排距1.25m的帷幕,约55%的压水试验段透水率大于5Lu,最大值15Lu,不满足《规范》要求;孔距2m,排距1m的帷幕,仅有6%的压水试验段(即1段)透水率大于5Lu,最大值5.8Lu,满足《规范》要求。说明采用排距1m帷幕合理可行。

3) 帷幕灌浆方式、方法、使用材料、外加剂

《表4》

表4 帷幕灌浆试验成果表

Table4 Curtain grouting test results table

配合比及灌浆工艺合理、可行。

《表5》

表5 帷幕灌浆试验成果表

Table5 Curtain grouting test results table

《4 结论》

4 结论

《4.1 处理方案》

4.1 处理方案

根据以上分析,并通过固结灌浆、帷幕灌浆试验验证,坝肩强风化岩体处理采用深挖浅固结方案(方案2),即“将岩体开挖至强风化层上部,对未挖除的强风化岩体进行固结灌浆使其达到弱风化岩体标准,对未挖除的强风化岩体及其下部的骏风化岩体进行帷幕灌浆使其达到相对不透水层标准“的处理方案是可行的、经济的。处理方案布置见图2,主要处理措施为:

1) 将心墙及反滤层范围强风化岩体开挖至强风化层上部(局部开挖至中部),最大开挖深度为19m。

2) 在坝肩心墙及反渣层与强风化岩体接触面范围设置混凝土盖板作压重,

3) 对部分强风化岩体进行固结灌浆处理:灌栓孔距2.5m。其中,右岸2083.00m高程以上灌浆深度10m,2083.00m高程以下灌浆深度15m(鉴于水头大于60m);左岸灌浆深度10m。

4) 对坝肩岩体进行帷幕灌浆处理:帷幕孔距2m、排距1m。其中,右岸强风化岩体帷幕为3排、弱风化岩体为2排,左岸均为2排。

《4.2 施工控制标准》

4.2 施工控制标准

1) 坝肩心墙及反滤层与强风化岩体接触面开挖后立即喷混凝土进行保护,避免强风化岩体进一步风化、松弛。

2) 固结灌浆灌后岩体声波波速不小于3000m/s,透水率不大于25Lu。固结灌浆应在坝肩混凝土盖板浇筑并达到50%强度后方可进行。

3) 帷幕灌浆灌后岩体透水率不大于5Lu。帷幕灌浆应在固结灌浆完成后进行。

4) 固结灌浆和帷幕灌浆时必须进行拍动观测,并不得造成混凝土盖板及盖板以外岩体发生抬动。