某水电站水泥灌浆及化学灌浆效果分析.doc

1 某水电站水泥灌浆及化学灌浆效果分析某水电站水泥灌浆及化学灌浆效果分析 目录目录 1 概述.2 2 地质概要.3 3 灌浆试验.4 4 灌浆效果检查.13 5 结论.24 2 1 概述概述 某水电站大坝位于四川省，坝高 245m，是我国目前已建最高的双曲拱坝，水库库容 58 亿 m3，装机 容量 3000MW（6500MW） ，年平均发电量 165 亿度，工程规模大。某电站大坝平面及断面图见图 1。 图 1 某电站大坝平面及断面图 某水电站大坝坝基岩体为性质比较优良的上二迭系峨嵋山玄武岩及其侵入其间的石英霓石正长岩， 但也存在不可忽视的软弱岩体，如右岸坝肩的类岩为性质低劣的纤闪石化玄武岩；两岸的正长岩弱偏 强风化卸荷岩体二段等为软弱岩体，影响拱坝坝肩抗滑稳定及大坝安全，因考虑处理后加以利用，简称 “正长岩利用岩” 。 类岩分布在右坝肩拱圈影响范围内，其展布方向与拱坝轴线近垂直相交，它与围岩及左岸拱圈 基础的正长岩相比，破碎、软弱，力学指标量级悬殊，是坝区工程地质上的相对软弱层，荷载作用下将 产生局部应力集中，从而造成左右两岸拱圈基础不均匀变形，危及大坝安全。类岩地质条件极其复杂， 地层渗透性极低，压水试验 值为 105L/min.m.m 左右。相当于渗透系数 K 值为 108cm/s。这类低渗透 性地层，被认为是灌浆处理的“禁区” 。 两岸的正长岩利用岩位于高地应力地区，如处理后加以利用，可避免拱端过多的嵌入地应力集中 区，有利于解决高地应力区施工中产生的岩体松弛问题，且可减少拱端基础开挖量约 100 万 m3，节省混 凝土 50 万 m3，可提前工期、降低造价，有显著的技术经济效益。 为研究解决上述两个工程地质问题，经研究决定：应用“中化798”环氧浆液及水泥进行复合灌 3 浆试验，在右岸 11平硐和左岸 5平硐内，分别对类岩及正长岩利用岩进行灌浆处理，以验证类岩 体采用“中化-798”浆材的可灌性，以及固结灌浆对提高变形模量等物理力学性质的定量指标；了解左岸 正长岩利用岩风化裂隙和泥化夹层通过水泥和化学固结灌浆后，岩体变模和其他物理力学性质的定量指 标；并通过试验确定与之相适应的灌浆工艺。1983 年 5 月至 8 月完成了两个试区的高压水泥灌浆试验； 1983 年 9 月至 1984 年元月完成了两个试区的“中化798”灌浆试验；1984 年 2 月至 5 月完成了灌浆效 果的测试检查。实际完成工程量见表 1。灌浆资料成果分析证实灌浆效果显著，试验达到了预期目的。 表 1 灌浆试验完成工程量统计表 孔数 灌段总长 （m） 压水试验 测试段数 水泥灌入量 （kg） 化学浆液灌入 量（L） 声波测试孔壁弹模 孔内电 视录像 灌后室内试验 抗剪(组)试区 灌浆 孔 检查 孔 钻孔 总进尺 （m） 水泥化学 灌前 试验 灌后 检查 第一次复灌第一次复灌孔数 测试 长度 （m ） 孔数 测点数 测试 长度 （m） 取样 进尺 （m） 三轴 直剪 抗压 (组) 弹模(组) 5硐10433812740371619769462438500715424620201163 11硐34202595215207130250233649223725331163 2 地质概要地质概要 2.1 类岩 由于正长岩的侵入，坝址区二层玄武岩（P22）均有不同程度的蚀变，岩相变化大。其中以纤闪石 化玄武岩（P22）蚀变作用最为强烈，岩体完整性极差，隐微裂隙发育，裂面普遍充填滑石、绿泥石、 皂石等软弱矿物。此类岩体宏观上大致呈近于平行的两个条带（称上、下带） ，分布在右岸谷坡高程 9701100m。下带产状呈 N（500600）E，SE（600800） ，宽度 1015m，延伸长度 170m 左右。 类岩体表观仍保持块状结构，但微观检查岩体中方向紊乱的隐微裂隙极其发育，轻锤击即裂开破 碎，裂面上常见杂乱无章的镜面和擦痕，试区钻孔岩芯质量系数 RQD 很低。实际上，纤闪石化玄武岩已 呈碎裂结构。在不同方向、不同性质的节理交汇带和隐微裂隙中，绿色纤维状的滑石、绿泥石充填物极 其发育，硬度低（1 左右） ，厚度 13mm 不等，有的呈膜状。在较大的节理裂隙表面上往往分布着一层 极薄的绿色、灰白色、黄绿色有强烈滑感的泥膜，其厚度在 1mm 左右，矿物成分以皂石为主（蒙脱石类） 。泥膜具有很高的比表面积（331.4608.6m2/g） 。由于皂石具有巨大的内外表面积和具有遇水膨胀、失水 收缩的活动性晶格，因而它具有很强的亲水性和极低的强度，干燥时易脱落，遇水粘滑、软化。 据不同部位的 17 组现场静力试验成果，变形模量仅为 2783250Mpa，其中下带现场变形试验 10 组， 所得结果大都在 6001000 Mpa 之间。且岩体在荷载作用下产生永久变形的比例达 80%以上，并有一定 的流变特性。化灌前，试区中心部位 66 钻孔孔壁实测变模值为 3501670 Mpa 的测点占全孔 70%。在 孔内高程 1017.9m 深处，有变模为 620 Mpa 的低值点。呈碎裂结构的类岩体，为数众多的裂隙呈闭合 4 或隐微状态，又加高细度软弱矿物，因此，它具有极好低渗透性，灌浆前压水试验 值多在 105L/min.m.m 量级。 纤闪石化玄武岩的不良工程地质性质，是由岩体碎裂结构和裂面存在大量软弱矿物导致。因此针对 这大量互相切割的隐微裂隙和渗透系数极小的极细粘土矿物，灌以渗透能力强、固结强度高、收缩小、 耐久稳定的浆材，是岩体补强改性的关键。 2.2 正长岩利用岩正长岩利用岩 该段岩体分布于高程 10001100m，岩体表现为裂隙风化及夹层型风化，基本保持原有结构特征， 呈块状-裂隙块状结构，部分为镶嵌碎裂结构。岩体内存在强风化夹层为主的软弱带和含有泥膜的裂隙带 及夹泥裂隙，有四种不同的岩性组成：即完整性相对较好，以块状结构为主；裂隙发育，完整性较差， 以裂隙块状结构为主；裂隙密集带；以及不同产状的小断层，构造破碎带及强风化夹层等。因而岩体结 构极不均一，其变模指标一般为 20005000 Mpa。声波速度随水平硐深及铅直孔深变化曲线起伏显著。 灌浆前钻孔实测岩体深部有相当数量的孔段声波波速低于 4500m/s，甚至不到 3000m/s。由于该段岩体受 卸荷风化、松弛，张开裂隙发育，又加小构造及破碎夹层带，故水力联通性好，地下水位随河水位涨落， 基本平齐。在序灌浆孔超前段中做压水试验， 值为 0.140.31L/min.m.m，且发现沿破碎带的脉状渗 透特性。 某坝址存在巨大的地应力，正长岩体内最大主应力为 2025 Mpa，玄武岩内为 3035 Mpa。最大主 应力与水平面小角度相交，表明有比自重大得多的水平构造应力存在，即坝区高应力是地质构造运动结 果，灌浆试验孔钻进中，屡见饼状岩心。 利用正长岩弱偏强风化卸荷岩体作拱坝基础，则应提高其物理力学指标，保持岩体的整体性，以满 足变形及强度等设计值要求，这可通过水泥化学浆材的复合灌浆来实现。 3 灌浆试验灌浆试验 3.1 试区位置试区位置 5 类岩灌浆试区在右岸 11硐 1支硐内 0175m0182m 范围内，高程为 1039.8m，正长岩利用 岩体灌区在左岸 5平硐 028m035m 范围内，高程 1031.0m。各试区的灌浆孔、检查孔平面布置情 况见图 2、图 3。 图 2 类岩灌浆试区布置 图 3 正长岩利用岩体灌区布置 3.2 试验程序试验程序 对复杂地层进行灌浆，先用水泥浆液填充较大缝隙，然后灌注化学浆材渗入细小空隙，即使用高压水 泥灌浆和化学灌浆的复合灌浆技术，施工中遵循逐级插密、分序施灌。5硐灌浆试验程序见图 4。因 11 硐试区的类岩渗透系数很小，高压水泥灌浆单位耗浆量小，对灌浆程序作了修改，在孔深 5m 以下的水 泥灌浆采用全孔分段压水一次灌注，免除了水泥灌浆后、化学灌浆前的检查工序，利用水泥灌浆孔重新 6 套孔扫钻，自上而下分段进行化灌，采用比 5硐试区更高的化学灌浆压力。 3.3 灌浆材料灌浆材料 高压水泥灌浆选用渡口水泥厂 525（相当于 42.5 等级）普通硅酸盐水泥，矿碴含量 14.5。 化学浆材应用广州化学研究所研制的“中化798”环氧浆材， 浆材渗透性能好，陈村水电站 F32 断层化灌时，该浆液可灌入含泥量很高的软弱断层，经电镜扫描验证可渗入极细小裂隙，且固结强度高， 耐久稳定。室内测试化灌浆液的物理力学性能见表 2。 表 2 “中化798”化学浆材物理力学性能 （比重与表面张力在 25时测试） 粘度表面张力自然条件测试 108烘烤后测试 抗压、弹模抗拉抗剪 配方 编号 比重 (g/cm3) 温度 () 时间 (h) 测值 凝胶 时间 (d) 测值 (达因) 龄期 (月) 抗压 (Mpa) 弹模 (Mpa) 龄期 (月) 测值 (Mp a) 龄期 (月) 测值 (Mpa) 龄期 (月) 抗压 (Mpa) 弹模 (Mpa) 15812.117.216.0 HV1.073 30663114.5 439.4164.7467.1 1235.7 8.532.74.595.1561.2 1587.29.6 TW1.065 307210.2 539.14.585.7599.44.517.34.57.74,599.3799.9 1583.23.4 TO1.004 /301966.8 735.22549.9299.82.55.92.516.4131.5- 1581.71.9 RE0.873 301964.9 628.1111.68025.727.6117.5- 15810.113.4 Kn1.078 30428448.2 238.64.536.21004.517.3-4.580.4704.6 7 灌前孔壁弹模测量试区地质资料分析析灌前声波测试 试 现场灌浆试验方案研究 钻孔：岩芯素描、确定灌浆范围、试段长度 冲洗、压水、高压 水泥灌浆(分段) 进行下一段钻孔，声波、压水试验，水 泥灌浆等，直至终孔(按两个次序施工) 对序孔进行 4.55.0MPa 压 力冲洗，压水标准 0.001 0.001 第二段钻孔、化灌直至终孔 配浆、测定胶凝时间 取样测凝胶时间 自上而下分段钻化灌孔 确定化灌压力、灌浆量、 灌浆时间等到参数 闭浆等凝化灌 压丙酮洗孔 等凝一个月 等凝一个月后，灌浆效果检查 灌浆资料分析 浆资料分析 压水试验、声波测试、孔壁弹模钻孔取样室内试验 扫孔、冲洗、复压水检查(标准：在 2MPa 压 力下，序孔 0.005，序孔 0.001) 方案研究 待凝 12h 复测声速 测孔壁弹模 合格 不合格 不合格 合格 化学灌浆水泥灌浆效果检查 图 4 5硐灌浆试验程序框图 3.4 灌浆参数与资料分析灌浆参数与资料分析 3.4.1 灌浆参数灌浆参数 （1）正长岩利用岩（5硐试区）水泥灌浆参数见表 3。 8 （2）类岩（11硐试区）水泥灌浆参数见表 4。 （3）正长岩利用岩（5硐试区）和类岩（11硐试区） “中化798”化学灌浆参数见表 5。 （4）各试区各次序孔水泥及化学灌浆成果综合统计见表 6。 表 3 5硐试区正长岩利用岩体水泥灌浆参数 灌前压水试验水泥灌浆灌后压水试验 灌 序 孔号 起止段长 孔深 (mm) 压力 (MPa) 流量 (L/min) (L/min. m.m) 最大 灌浆 压力 (MP a) 初始吃浆 量 (L/min) 水灰比 灌入水 泥量 (kg) 单耗 (kg/m) 压力 (MPa) 流量 (L/min) (L/min.m.m) 1 1.05.4 5.46.5 6.510 1015 1520 0.54 0.26 1.09 1.62 2.13 34.03 81.51 71.00 71.00 75.24 0.140 2.700 0.190 0.090 0.070 3.0 4.5 6.0 4.5 5.5 43.9 89.9 39.8 66.8 75.2 8:10.5:1 5:10.6:1 5:10.5:1 5:13:1 8:10.5:1 2239 1287 1423 428 961 510 1119 411 85 193 - 2.06 2.08 2.12 - - 2.52 0.21 0.63 - - 0.01000 0.00040 0.00063 - 2 1.05.4 5.410.0 10.015.1 15.120.0 2.0 0.6 1.1 0.6 19.86 83.60 79.42 87.78 0.020 0.300 0.100 0.300 3.0 5.0 3.0 4.0 1.8 83.6 9.2 70.7 8:18:1 5:10.5:1 5:10.6:1 5:10.5:1 44 3295 835 2752 10 712 166 545 - 1.08 2.12 2.14 - 0.17 0.21 0.17 - 0.00033 0.00022 0.00016 3 1.05.4 5.410.0 10.015.0 15.020.0 2.0 2.1 2.1 1.1 25.78 6.31 16.72 65.77 0.030 0.007 0.020 0.120 2.5 3.5 4.5 5.5 19.7 27.8 6.7 63.6 10:16:1 10:18:1 10:1 5:12:1 211 239 44 1344 48 51 9 268 - 1.08 2.12 2.14 - 0.21 2.42 0.21 - 0.00045 0.00250 0.00020 4 1.05.3 5.310.1 10.115.1 15.120.1 2.04 2.08 2.11 2.14 9.10 2.71 26.8 54.3 0.010 0.003 0.030 0.050 2.5 4.5 5.5 6.0 2.5 0.8 6.7 13.4 10:18:1 10:16:1 10:16:1 8:10.8:1 11 9 29 3295 2.6 1.8 5.8 672.4 - 2.08 2.11 2.14 - 0.17 0.38 0.17 - 0.00018 0.00039 0.00017 5 1.0.5.5 5.510 1015 1520 2.04 2.08 2.12 2.13 6.73 0.627 7.41 12.37 0.0073 0.0007 0.007 0.011 3.0 4.0 5.0 6.0 3.76 0.42 3.01 6.42 10:13:1 10:1 10:16:1 10:11:1 37 17.9 66.9 667.7 8.2 4.0 13.4 131.4 - 2.08 2.12 4.63 - 0.42 0.21 0.37 - 0.00046 0.00020 0.00015 6 0.75.5 5.510 1015 1520 2.04 2.08 2.10 1.10 73.15 2.3 3.8 0.418 0.0760 0.0024 0.0036 0.0008 3.0 4.0 5.5 - 41.8 1.5 1.045 - 5:14:1 10:1 10:1 - 136.2 24.3 17.5 - 28.7 5.4 3.5 - - 2.01 2.11 - - 0.418 0.84 - - 0.00044 0.00090 - 4(扫) 5.010 10.115.1 15.120.0 5.08 4.61 5.11 83.6 2.52 0.62 0.0330 0.0010 0.00025 6.0 6.0 6.0 87.76 0.418 1.672 10:10.5:1 10:1 10:18:1 2447.1 19.4 11.2 484.6 3.8 2.3 4.58 - - 1.03 - - 0.00040 - - 5(扫)5.120.14.630.340.000156.00.2910:12.10.4- 6(扫)5.020.05.1194.650.01206.084.45:10.5:12144.4142.7- 7 8 9 10 1.05.1 1.05.3 1.05.3 0.75.0 2.04 2.03 2.03 2.04 3.762 7.567 2.34 0.543 0.0046 0.0086 0.0026 0.00063 5.0 5.0 5.0 - 2.51 6.89 2.09 - 10:1 10:12:1 10:1 - 103.2 188 64.1 - 25.5 43.6 14.6 - - - - - - - - - - - - - 9 表 4 类岩（11硐试区）水泥灌浆参数 灌前压水水泥灌浆 孔号 起止段长 孔深 （mm） 压力 (MPa) 流量 （L/min） (L/min.m. m) 最大灌浆压力 (MPa) 水灰比 灌入水泥量 (kg) 单耗 (kg.m) 1 0.82.5 1.05.3 5.320.1 0.09 0.71 2.0 32.55 7.524 0.072 2.18 0.025 0.000024 0.08 2.5 9.0 1.5:10.8:1 4:11:1 10:1 133.4 210.9 16.7 78.5 48.6 1.13 2 0.82.2 2.25.3 5.320.0 0.11 1.01 1.0 3.95 0.21 0.03 0.258 0.00069 0.00002 - - 8.0 0.5:1 - 10:12:1 234.4 - 49.3 52.6 - 3.3 3 0.81.2 1.25.0 5.010 1015 1520 - 1.21 6.0 1.0 1.0 - 1.93 0.015 0.001 0.017 - 0.0043 0.000005 0.000002 0.000037 1.0 2.0 - 8.0 - 2:1 10:1 - 10:16:1 - 30.3 19.8 - 18.0 - 70.5 5.3 - 1.2 - 表 5 正长岩利用岩（5硐）和类岩（11硐） “中化798”化学灌浆参数 灌前压水“中化798”灌后压水 试区 孔号 起止段长 孔深 （mm） 段长(m) 全压力 (MPa) 流量 (L/min) 值 (L/min.m. m) 最大压 力 (MP a) 灌浆历 时 (L/min) 使用配方 平均吸浆 率(L/min) 纯灌入量 (L) 单耗 (L/m) 全压力 (MPa) 流量 (L/min) 值 (L/min.m.m) 7 5.110.0 10.015 4.95 5.00 0.36 0.71 0.65 0.37 -0.0036 Xy,OH3 HV 0.023 0.152 441.15 693.48 89.12 138.7 2.08 2.11 0 0.006 0 5.710-7 8 5.010.0 10.015.0 4.96 5.00 2.1 2.12 0.25 0.24 0.00024 0.00023 4.0 4.7 53:49 65:32 HV HV 0.169 0.187 546.8 734.2 110.24 146.84 2.08 2.11 0.001 0.003 9.710-6 2.710-6 9 5.110.1 10.115.0 5.05 4.87 0.58 1.43 0.204 0.2 0.0007 0.00029 3.3 3.7 53:00 61:14 HV HV 0.14 0.197 446.23 723.41 88.36 148.56 2.08 2.11 0.001 0.001 9.510-7 9.710-7 正长 岩利 用岩 10 5.010.0 10.015.0 5.00 5.00 2.01 2.10 0.005 0.007 0.0000048 0.0000066 5.9 142:56TW0.03126526.5 1 扫 5.010.0 9.915.0 15.022.0 5.09.9 5.015.0 5.04 5.03 7.10 复灌 复灌 6.50 10.2 0.01 0.127 0.000003 0.0000023 0.000017 8.5 14.0 13.8 9.0 8.2 113:06 54:02 96:28 54:02 98:35 TW.FU SE TW TW TW,SE 0.058 0.10 391.55 5.9 579.84 4.21 27.82 77.69 1.17 81.67 0.86 2.85 6.50 6.50 8.00 0.001 0.001 0.005 3.0510-7 3.0810-7 8.910-7 2 扫 4.910.0 10.015.0 15.022.0 4.910.0 4.914.0 5.13 5.04 6.96 复灌 复灌 3.0 6.0 7.9 0.024 0.002 0.08 0.000016 0.0000007 0.000013 3.8 13.5 11.8 8.0 6.0 32:26 51:21 86:48 64:03 88:32 TW,SE SE TW TW TW 0.063 0.004 0.079 0.029 0.027 122.69 5.33 410.89 44.83 142.37 23.92 1.06 59.04 8.9 15.82 3.00 8.00 8.00 0 0.002 0.020 0 510-7 3.510-6 类 岩 3 扫 5.010.0 10.015.0 15.020.0 20.023.0 5.010.0 5.015.0 4.94 4.92 4.88 3.20 复灌 复灌 7.8 4.0 8.0 8.0 0.15 0.004 0.082 0.011 0.000039 0.000002 0.000021 0.0000042 8.0 12.5 13.5 8.5 7.5 75:26 90:48 95:04 99:23 96:55 TW,HV 等 TW，RE TW，RE TW TW，SE 0.115 0.0055 0.079 0.025 0.0098 522.43 12.08 451.04 59.77 56.92 105.76 2.46 55.82 11.86 5.77 7.00 4.00 8.00 8.00 0 0.001 0 0.004 0 4.910-7 0 1.510-6 注: 因 7、8孔化灌串通，7孔附近有 g1 破碎带存在，故布置 10孔进行检查；1 扫、2 扫、3 扫三孔为双联阻塞灌浆，上段复灌情况。 10 表 6 各试区各次序孔水泥及化学灌浆成果综合统计表 单耗区间 (段数/频率) 值区间 (段数/频率) 试区孔序 孔 数 灌浆 段总 长 （m） 灌入量 水泥（kg） 化学（L） 平均单耗 水泥 （kg/m）化 学（L/m） 总段数 1000 总段数105 10-5 10-4 10-4 10-5 0.001 0.01 0.01 0.1 0.1 备注 (水泥) 357.115103264.4 13/ 100% 1/ 7.7% 2/ 15.4% 2/ 15.4% 4/ 30.8% 3/ 23.1% 1/ 7.7% 13/ 100% - 1/ 7.7% 5/ 38.5% 7/ 53.8% - (水泥) 357.4431175.1 12/ 100% 8/ 66.7% 2/ 16.7% - 1/ 8.3% 1/ 8.3% - 12/ 100% - 2/ 16.7% 6/ 50% 4/ 33.3% - (化灌) 339.8385096.7 8/ 100% - 2/ 25% 2/ 25% 4/ 50% - 12/ 100% 2/ 16.7% - 6/ 50% 4/ 33.3% - 左 5# 硐 压水检查5 - 12/ 100% 12/ 100% - 14.762942.8 5/ 100% 1/ 20% 1/ 20% 3/ 60% - 5/ 100% - 1/ 20% 1/ 20% 1/ 20% 2/ 40% 孔深 5m 以上 （水泥） 3 44.2841.9 5/ 100% 5/ 100% - 5/ 100% 2/ 40% 3/ 60% - 孔深 5m 以下 （化灌） 352.2283854.3 9/ 100% 3/ 33.3% 1/ 11.1% 4/ 44.5% 1/ 11.1% - 10/ 100% 5/ 50% 5/ 50% - 扫孔化 灌 右 11 硐 压水检查3 - 10/ 100% 10/ 100% - 3.4.23.4.2 资料分析资料分析 （1）浆材耗量分析 1）正长岩利用岩体（5硐）试区 5硐试区完成灌浆孔 10 个，孔深约 20m，水泥灌段总长 127.3m，分为、序灌注；化学灌浆段总 长 39.8m。共灌入水泥 24393kg,单位平均注入水泥量 191.6kg/m，其中序平均单耗 264.4 kg/m，序 平均单耗 75.1 kg/m；共灌入“中化798”浆材 3850L，单位平均注入浆量 96.67L/m。 各次序孔水泥单耗频率累计曲线和总的水泥单耗频率曲线及其频率累计曲线见图 5。 图 5 正长岩利用岩 5#硐试区水泥单耗频率 图中曲线 1、2 可见：水泥单耗小于 10kg/m 的灌段占 36%，小于 50kg/m 的灌段占 52%，50100kg/m 之间的灌段只占 8%， 100500kg/m 之间的灌段占 20%，超过 500kg/m 的灌段占 20%。 由图中的、线，以单耗频率累计为 80%时，序孔单耗小于 710kg/m，序孔则小于 37kg/m；如 11 以小于 10kg/m 的孔段计，序为 8%，序则为 67%。 这里反映了正长岩利用岩体，除了较宽大的裂隙外，还存在为数很多水泥颗粒难于灌入的微细裂隙 或夹泥裂隙。灌浆中常发生吸水不吸浆、浆液回浓现象。 两个次序孔总段长基本相等，但灌入的水泥量，序孔为 15.10t，序孔为 4.31t（进行钻孔高压 冲洗复灌 4.62t） 。水泥单耗，序孔为 264.4kg/m；序孔 75.1kg/m，为序孔的 28%，改进冲洗工艺 进行复灌后平均单耗增加超过 1 倍，达 155.6kg/m，是序孔的 59%。另外对序孔超前灌段进行了统计， 4 个超前段平均单耗为 477.8kg/m。 一些国家采用耗水泥量“降低率”来评价水泥灌浆效果，认为序孔耗水泥量与第一次序孔耗水 泥量比值为 20%80%时，即起始孔距布置正确，灌浆效果较好。5硐正长岩利用岩序孔孔距 3.0m， 序孔孔距 1.5m，两次序孔单耗比值为 28%59%，灌浆效果良好，最终孔距为 1.5 m 也较合理。灌浆施工 超前段灌入量很大，单耗达 477.8kg/m，为避免浆液沿较大张开裂隙扩散过远，可分序施工，序孔孔 距 6m，、序孔孔距分别为 3.0m 与 1.5m，这样可充分发挥“围、堵、挤”的效能。 在两序水泥灌浆结束并达到龄期后，进行化灌孔分段钻孔及化学灌浆施工，灌注“中化798”浆材， 平均单位耗浆量达 96.7 L/m，这说明浆材可灌性良好，水泥灌浆后还存在的那些微细裂隙、夹泥裂隙， 由化灌浆材充填。 2）类岩（11硐）试区 11硐试区完成灌浆孔 3 个，孔深 2223m，水泥灌段总长 58.8m，总灌入水泥量 712.7kg。孔深 5m 以上平均单位注入水泥量 42.8kg/m，孔深 5m 以下平均单位灌入水泥量 1.9kg/m。参见表 4， 从类岩 05m 孔段灌浆参数看出，02.5m 孔段压水漏量和灌浆耗水泥量较 2.55.0m 孔段的大得多。说明类 岩试区的水泥灌浆，仅对表层松弛圈可灌性良好，水泥灌浆灌入了因爆破松动或应力释放的裂隙，而对 其深部岩体，则水泥难以灌入。类岩具有隐微裂隙发育、岩体破碎、裂面充填软弱矿物、渗透系数低 等复杂地质特征。因而水泥灌浆无明显效果。 化学灌浆总段长 52.2m，全试区共灌入“中化798”浆材 2867.7L，平均注入浆量 54.3L/m。 但从化学灌浆耗量来看（见表 5） ，效果显著。55.6%的化灌段单耗达 50105L/m，单耗小于 10L/m 的灌段占 33.3%，这些孔段分布在高程 1029.80m1024.80m，即孔深 1015 m，随着孔深加大，单耗又 重新增加，可见类岩深度方向地质特性很不均匀。图 6 为压水试验及化灌单耗沿孔深分布情况，当地 层渗漏性 为 105L/min.m.m 级（相当于 K 为 108cm/s） ，仍可灌入“中化798”浆材。 12 图 6 类岩压水试验及化灌单耗沿孔深分布 （2）灌浆材料利用率 浆材利用率系指实际灌入地层量占所配浆液使用量的比例。灌浆施工时由于输浆管道和钻孔的容 积占用一定浆液，以及灌浆中遇特殊情况或工艺措施的需要，不可避免地要浪费一部分浆液。因此，浆 材利用率总是小于 100%，浆材利用率是衡量设计施工是否经济、合理的标志之一。现分别对水泥灌浆和 化学灌浆的利用率作一分析。 1） 水泥灌浆利用率 如表 7 所列，5#硐试区正长岩利用岩水泥固结灌浆水泥利用率为 81.7%，其中序孔为 84.7%，比较 经济合理。11硐试区类岩孔深 5m 以内的浅部水泥利用近 60%，但孔深 5m 以下利用率仅 29%，且灌入 水泥量很低，检查孔孔壁彩电检查，未发现水泥充填迹象，可见孔深 5m 以下的水泥灌浆效果很差，因该 部位地层的渗透性很小，压水试验 值为 10-5L/min.m.m 级。 表 7 灌浆水泥利用率统计 试区次序水泥用量（kg）灌入水泥量（kg）利用率（%） 5硐 合计 17828 11453 584 29865 15102 8935 335 24393 84.7 78.0 60.8 平均 81.7 11硐 孔深 5m 以上 孔深 5m 以下 合计 1059 290 1349 629 84 713 59.4 29.0 平均 52.8 2）化学浆材利用率 13 表 8 统计了两个试区化学浆材利用率，其中 5硐达 94.5%，11硐为 89.1%，其利用率较高，尤其 是大批量主浆材（TW、HV、XY）利用率更高。灌浆中起辅助、诱导或快凝闭浆作用的浆材，利用率稍低。 表 8 化学浆材利用率统计表 试区配浆代号配浆量（L）灌入浆量（L）利用率（%） 5硐 TW Kn HV OH3 SE XY 合计 296 50 3201 228 42 257 4073 265 43 3085 202 17 239 3850 89.7 84.4 96.3 88.6 40.4 93.1 平均 94.5 11硐 TW Kn HV SE RE Fu 合计 2638 56 180 203 65 43 3186 2431 43 151 133 37 43 2838 92.2 76.1 83.9 65.3 56.5 100 平均 89.1 4 灌浆效果检查灌浆效果检查 为检查灌浆效果采用压水试验、声波测试、孔壁弹模试验对灌区岩体进行系统地分序测量，同时进 行了孔内彩色电视录像以及岩样电镜检查分析，观察浆液充填固结状态；进行钻孔取样后的室内弹模、 抗剪、抗压、软化系数等测试，综合评价岩体灌后的物理力学特性。 4.14.1 声波测试声波测试 （1）检测方法 试验使用 SYC2 岩体声波参数测定仪。采用双孔水平穿透法测出灌前、灌后声波速度，分析其变化 规律，并利用理论公式求得岩体灌浆前后的动力弹性模量值，测试时从相同高程的孔口向下逐点测量， 测点间距 20cm，发射接收点位于同一水平高程，为便于比较，灌浆前后均在原孔、原点、原部位测量， 测量过程及测量人员亦保持不变。 在 5硐试区，以位于灌浆中心的 Ekb孔为发射孔，以 6 个水泥灌浆孔分别为接收孔，分别为 Ekb81#、Ekb82#、Ekb83#、Ekb84#、Ekb85#、Ekb86#、呈放射状测量。在试区水泥灌浆结束 14 天 之后和化学灌浆一个月之后分别扫开钻孔测试，声波测量均在压水前进行。在 11硐试区，利用灌浆孔 及 Ekb3 孔组成 1#2#、23#、31、3Ekb3 等 4 个不同方向的测线，在试区化学灌浆全部结束一 个月之后扫孔测量。 14 （2）成果分析 1）纵波波速 据声波测试资料，以灌浆前声波纵波波速 Vp为横座标、灌浆后 Vp值为纵座标，绘制各测点灌浆前 后波速分布图（见图 7、图 8） 。图中各点均分布于 Vp= Vp直线之左测，可见灌后声波均大于灌前，效果 明显。 根据某水电站岩体物理力学试验的综合分析，正长岩纵波速度达 5000m/s，玄武岩达 6000m/s 以上即视 为岩体性能良好。因此如何通过化学灌浆使那些强风化夹层、风化裂隙密集带以及软弱夹层的性能得到 改善，分别达到所需的声波波速值，是灌浆处理的重点。 图 7 类岩灌浆前后波速分布 图 8 正长岩利用岩灌浆前后波速分布 据声波测值，正长岩利用岩灌浆前的声波值 Vp小于 5000m/s 的点共 32 个，最低值 2650m/s，水泥灌 浆后较宽裂隙得到充填、固结，Vp均达 4900m/s 以上，提高了 2.6%94.9%，大部分提高值超过 15%；化 学灌浆后含泥裂隙和风化碎屑微细裂隙被充填、固结，波速又有进一步地提高，提高百分率为 2%5.4%，波测值均大于 5000m/s， 有 28 个点 Vp为 52005500m/s。正长岩利用岩由灌前不均质岩体变 为相对均质的岩体。 类岩试区，灌前实测 Vp小于 6000m/s 的孔段 42 个，化灌后除个别地表段外，Vp全部在 6000m/s 以 上，最大值达 6583m/s，提高了 7%12%，其中有 10 个孔段提高 10%以上。 2） 动弹性模量 弹性波在岩体中的传播速度与岩体动力弹性模量（Ed） 、泊桑比（）之间有如下关系，由声波波 速测值即可通过公式计算出动弹性模量 （1） 1000g1 211 2 ）（ ）（ pd VE 15 （2） 1)( 1)(5 . 0 2 2 S p s p V V V V d Ed动力弹性模量 介质容重 .d泊桑比、动泊桑比 VP、VS纵波、横波波速 g重力加速度 选取了有代表性的类岩 23#孔和正长岩利用岩 Ekb82#孔灌浆前后的动弹性模量值列于表 9，从 表中可见灌浆前后的平均动弹性模量分别提高了 17.6%和 13.7%。 表 9 部分孔灌浆前后动弹性模量 Ed测值 试区次序 Edmax 103(Mpa ) Edmin 103(Mpa ) d E 103(Mpa) 灌前 灌前灌后 d dd E EE 灌前 9.47.38.5类岩 (23#孔) 灌后 11.18.810.0 17.6% 灌前 7.33.06.0正长岩利用岩 (Ekb82#) 灌后 7.66.36.8 13.7%。 图 9、图 10 为类岩 23#孔和正长岩利用岩 Ekb82#孔灌浆前后沿孔深的动弹变化曲线。两图中 可见，灌浆后动弹模值得到提高。其中灌浆前动弹模较小的部位增加幅度大；灌浆前动弹模值沿孔深分 布差较大，灌后测值较接近，曲线相对平直，证实灌浆效果好。另测值随孔深的增加变化无规律，说明 孔深方向地层不均匀。 16 图 9、类岩 23#孔灌浆前后动弹变化 图 10 正长岩利用岩 Ekb82#孔灌浆前后动弹变化 4.24.2 钻孔原位变形试验钻孔原位变形试验 （1）测试方法 为了解岩体变形特性改善程度，采用钻孔弹模仪进行钻孔原位变形试验。应用 OYO 仪 4130B200 号 弹力计，在两个试区分别布置 66mm 钻孔，于化学灌浆前与化学灌浆 4 个月之后，分别对同一孔、同一 点、同一压力，由同一操作人员用同一仪器进行了对比测试，采用逐级加压一次循环测试法。5硐检 1 孔最大加压 19Mpa，11硐检 1孔为 10Mpa。由随机所配 4315A 型 x-y 记录仪现场绘制压力变形关系线 （如图 11） 。采用下列计算公式求出变形模量和弹性模量。 图 11 实测压力变形曲线示意 （3） R M u P RD 0 )1 ( 17 （4） R P RE 0 )1 ( 式中符号如图 11 所示，D、E 分别为变形模量及弹性模量， R0=33.0+（mm） 。 0 u （2）成果资料及分析 1）11硐类岩 表 10 列出了类岩检 1孔化灌前后变形模量及弹性模量测值，灌浆前后对应点变形模量均有大幅 度提高。灌浆前有 11 个点变形模量为 0.04104Mpa0.17104Mpa，占 65%；另 5 个点变形模量为 0.31104Mpa0.49104Mpa，占 35%。表中可见，化灌前类岩不仅变形特性不良，而且沿深度变化也 很不均匀。在化灌后，变模最低为 0.34104Mpa，最大测值为 2.86103Mpa。据孔内弹性模量测定，化 灌前的测值为 0.11104Mpa0.96104Mpa，化灌后为 0.54104Mpa3.40104Mpa。 化学灌浆段范围内的孔深（5.023.0m）实测对应点变形模量和弹性模量列于表 11。从表中可知化 灌后孔内的变形模量和弹性模量平均值分别提高了 3.95 和 3.66 倍。 从实测的钻孔应力变形曲线可看出：化灌后斜率明显增大，而且曲线性状亦似坚硬岩体，证明整 个受灌岩体刚度增大，且较均质，岩体结构状态得到显著改善。 。 表 10 类岩检 1化灌前后变模及弹模测值 D 104(Mpa)E 104(Mpa) 序号深度(m) 灌前灌后提高值灌前灌后提高值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1.3 2.3 3.3 4.2 6.0 6.8 7.8 8.8 9.6 10.3 11.4 12.3 13.5 14.8 16.3 17.8 18.9 21.9 0.31 0.09 0.22 0.07 0.17 0.12 0.10 0.15 0.12 0.06 0.04 0.09 0.49 0.34 0.49 0.35 0.06 0.50 0.40 0.81 0.50 0.67 0.42 0.74 0.62 0.43 0.34 2.86 0.50 0.67 0.38 0.50 0.77 1.33 0.19 0.31 0.59 0.43 0.50 0.32 0.47 0.31 0.28 2.82 0.41 0.18 0.04 0.01 0.42 1.27 0.71 0.16 0.42 0.17 0.30 0.18 0.57 0.18 0.44 0.56 0.20 0.11 0.14 0.66 0.41 0.96 0.56 0.18 1.07 0.80 1.11 0.54 1.15 0.60 1.26 1.54 1.59 1.57 1.42 3.40 1.59 0.75 1.00 1.16 1.00 1.40 0.36 0.64 0.69 0.37 0.85 0.42 0.69 1.36 1.15 1.01 1.22 3.29 1.45 0.09 0.59 0.20 0.44 1.22 表 11 类岩化灌前后对应点测值 孔内变形模量 D(Mpa)孔内弹性模量 E(Mpa) 测试项目 状态 最大值最小值平均值最大值 最小值平均值 18 化灌前 0.490.040.200.960.110.38 化灌后 2.860.340.793.400.601.39 灌后增大倍数 5.848.503.953.545.453.66 2）5硐正长岩利用岩 表 12 列出了弹模孔（检 1）软弱夹层部位在化灌前后孔壁弹模测试成果。13 个软弱点经化灌后变 形 表 12 正长岩利用岩（5检）化灌前后变模，弹模测值 D 104(Mpa)E 104(Mpa) 序 号 深度 (m) 灌前灌后提高值灌前灌后提高值 岩芯描述 12.70.100.500.400.531.010.48 极破碎、磨损缺失多，强风化夹层 24.30.181.601.420.491.651.16- 35.40.301.050.752.561.230.67 破碎，强风化碎屑被化浆充填尚未固结 411.80.130.820.690.472.522.05 破碎700裂面夹泥风化晕 2cm 以上见水泥膜 513.00.250.470.211.292.511.22 破碎，强风化夹层含泥膜，见水泥结石 613.80.373.122.751.033.992.96 岩芯长 8cm,但上下端有风化裂隙 714.50.991.200.201.681.910.23 岩芯长 8cm，上下端缓裂面被水泥充填固结 815.10.160.540.380.820.840.02 破碎，缓、陡裂面皆含锈膜，风化晕 2cm 宽 917.50.65-0.802.892.09 风化裂隙，见水泥结石 1018.00.61-0.774.063.29 缓倾角风化裂隙多条，含风化碎屑 1118.50.191.301.110.571.350.78 800裂隙面有泥膜，其中充填 1cm 厚水泥， 缓面亦见水泥充填 1219.20.79-1.039.628.59 两条400裂面，见水泥结石 1320.00.57-1.068.347.28 两条100缓面，锈膜风化晕 1.5cm，见水泥 结石 模量和弹性模量均得到明显提高。其中化灌段（5.0015.00mm）的对应点变模和弹模列于表 13，变形模 量的平均值由化灌前的 0.36104Mpa，提高到化灌后的 1.20104 Mpa，提高了 3.33 倍，弹性模量的平 均值由 1.31104Mpa，提高到 2.17104 Mpa，增大 1.66 倍。 表 13 正长岩利用岩（5检）化灌前后对应点测值 孔内变形模量 D(Mpa)孔内弹性模量 E(Mpa) 测试项目 状态 最大值最小值平均值最大值 最小值平均值 化灌前0.99 0.13