锦屏一级水电站煌斑岩脉水泥化学复合灌浆试验研究_图文

1、第 27卷 第 2期 2010年 2月 长 江 科 学 院 院 报Journal of Yangtze River Scientific Research I nstitute Vol . 27 No . 2Feb . 2010收稿日期 :2009201218; 修回日期 :2009202217作者简介 :王继敏 (19642 , 男 , 湖南湘潭人 , 教授级高级工程师 , 主要从事大型水电工程的管理和研究工作 , (电话 083426768071(电子信箱 J iangxuelinehdc . com. cn 。 文章编号 :1001-5485(2010 02-0060-04锦屏一级水电站

2、煌斑岩脉水泥化学复合灌浆试验研究王继敏 , 蒋学林(二滩水电开发有限责任公司 锦屏建设管理局 , 四川 西昌 615000摘要 :锦屏一级水电站大坝为混凝土拱坝 , 最大坝高 305m , 为目前世界最高拱坝 。坝区基础岩体中存在大量 煌斑岩脉 , 对建筑物的稳定性 、 基础应力传递等极为不利 , 必须进行稳妥可靠的处理 。因仅靠单纯的高压水 泥灌浆无法使岩体的变形模量 、 抗压 、 抗拉 、 抗剪强度以及泊松比等物理力学指标达到设计要求 , 应有针对性 地采用化学灌浆方法对煌斑岩脉进行加固处理 。为此 , 采用了高渗透性的 Y DS 环氧材料对风化后的煌斑岩 脉进行纯压式灌浆试验 , 试验结

3、果表明 :通过 Y D S 改性环氧浆液的“ 浸透 ” “ 浸渗 ” 加固处理 , 风化的煌斑岩脉 力学性能大幅提高 , 基本能满足设计的力学指标要求 。 关 键 词 :最高拱坝 ; 煌斑岩脉 ; 高渗透性 ; 环氧树脂 中图分类号 :T V698. 23 文献标识码 :A 锦屏一级水电站拱坝左岸抗力体的煌斑岩脉及 F5断层距离左岸拱端较近 , 与拱端的变形稳定关系密切 。 高压固结灌浆试验成果表明 :灌浆难以提高其物理力学指标 , , 内的煌斑岩脉及 F5换 。 , 且对本工 , 因此 , 提出了选择对 规模大 、 性状差的煌斑岩脉进行高压水泥化学复合 灌浆的方案 , 拟通过现场灌浆试验 ,

4、 研究水泥化学复 合灌浆在技术上的可行性 、 效果上的可靠性 。1 试验研究目的及条件1. 1 试验目的本次现场化学灌浆试验研究的主要对象为煌斑 岩脉软弱岩带 。拟通过现场灌浆试验研究 , 了解经 化学灌浆处理后 , 煌斑岩脉完整性 、 刚度 、 抗渗性和 抗剪强度提高的幅度 , 论证经过灌浆处理后的岩体 作为拱坝基础的合理性和可靠性 , 提出相应的岩体 力学参数值 , 满足大坝抗力体的要求 。 1. 2 试验区煌斑岩脉工程地质条件 1. 2. 1 煌斑岩脉地质特征试验区煌斑岩脉位于砂板岩中 , 煌斑岩脉厚约 2. 04. 0m, 普遍呈强 -弱风化 , 岩体松弛 , 完整性差 , 与上下盘岩

5、体多为断层接触。 后期构造运动使煌 斑岩脉与围岩接触面多发育成宽 520c m 的小断层 2级岩体。 本次 1885m 高程的固 1. . 2 煌斑岩脉物理力学性质根据前期勘探资料 , 煌斑岩脉物理力学参数 见表 1。1. 3 要求灌后岩体技术指标根据设计要求 , 经过水泥化学复合灌浆处理后 , 煌斑岩脉的物理力学指标拟达到表 1要求 。2 试验方案2. 1 室内模拟灌浆试验2. 1. 1 Y DS 系列化学浆材物理力学试验 Y DS 高渗透性环氧系列浆材主要由环氧树脂 、 丙酮 、 糠醛 、 二乙烯三胺和 Y DS 添加剂组成 , 其中Y DS 在本浆液配方中起着非常重要的作用 。根据 煌斑

6、岩脉特性 , 对不同配方进行大量室内试验后 , 最 终选择性能较好的 Y DS -7, Y DS -7-1和 Y DS -7-2这 3配方进行室内模拟灌浆试验 。 2. 1. 2 模拟化学灌浆试验根据室内化学浆材的试验成果 , 选择具有代表 性的煌斑岩脉原状岩块进行模拟试验 , 试件在常温 下浸泡 7d, 在空气中养护 90d 后 , 其主要物理力学 指标见表 2。 模拟试验岩块主要物理力学指标满足 设计要求 。第 2期 王继敏 等 锦屏一级水电站煌斑岩脉水泥化学复合灌浆试验研究表 1 煌斑岩脉灌前物理力学参数及灌后力学指标要求 Table 1 M echanics characteristi

7、cs of la mp r ophyre bef ore gr outing指标 岩体声波纵速度 Vpm平均值 /(m s -1钻孔变形模量E 0/GPa单位透水率q /Lu抗剪强度 岩体完整性系数 Kv抗拉强度 /MPa泊松比灌前岩石力学指标 <35001. 03. 01100. 600. 40 0. 29-注 :灌前抗拉强度及泊松比未测出。表 2 煌斑岩脉模拟试验物理力学指标Table 2 M echan i cs param eters of l am prophyreafter si m ul a ti n g grouti n g试件 编号抗压强度 /MPa压剪强度 /MPa抗

8、压变模 /GPa试验取值抗压强度 /MPa压剪强度 /MPa抗压 变模 / GPa1-136. 412. 48. 011-241. 817. 69. 21 1-339. 515. 38. 86 2-168. 641. 919. 97 2-260. 334. 213. 10 39. 215. 18. 69 63. 436. 513. 692. 2 现场灌浆试验2. 2. 1 灌浆现场选择灌浆试验区选择在左岸 1885m 高程 1885-2#固结灌浆平洞内。 该试区未开挖前垂直埋深 120 160m, 水平埋深 110120m; 25 m, 水平埋深 3050m 。该试验区长 , 1. 00 1.

9、 25m , . 5m 。试验区位置及灌浆孔布置见图 1。本次水泥化 学复合灌浆试验分 2个阶段进行 , 第一段完成所有 的水泥灌浆孔 15个 (SK1SK15 , 化学灌浆孔 9个 (HK1HK9 及相关的物探检测孔 。第二试区的 9个化学灌浆孔 (HK10HK18 将根据第一试区的成 果 , 对灌浆方案进行调整后实施 。2. 2. 2 现场试验方案根据试验区地质条件 , 同时考虑到煌斑岩脉遇 水易软化的特性 , 在化学灌浆前 , 拟先对试验区进行 高压水泥灌浆 , 使试验区内岩体透水率 1Lu, 满足 化学灌浆基本条件 , 然后进行高压化学灌浆 。高压水泥灌浆采用 P O42. 5普通硅酸

10、盐水泥 , 对水泥细度的要求为通过 80m 方孔筛的筛余量不 大于 5%;化学灌浆采用中科院广州化学研究所研究 生产的 Y DS 系列灌浆材料 , 该材料具有初始粘度低、 对介质的渗透性高、 固结性强和固化后力学性能较高 等特点。2. 2. 3 现场灌浆试验方法(1 水泥灌浆 :煌斑岩脉水泥灌浆采用孔口封 闭、 孔内循环、 自上而下分段钻孔、 分段灌浆、 灌浆不 待凝的高压灌浆方法 , 最大水泥灌浆压力 56MPa 。 灌浆水灰比采用 2 1, 1 1, 0. 7 1, 0. 5 1, 灌浆孔最大图 1 煌斑岩脉试验区灌浆孔布置图F i g . 1 Layout of grouti n g h

11、oles on l am prophyre zone 垂直深度 35m, 钻孔为斜孔 , 沿煌斑岩脉倾向布置。 灌浆分段为第一段 2m, 第二段 3m, 第三段 3m, 以下各段 5m 。 I 序孔距为 4m, II 序孔距为 2m 。 钻 孔孔径为 76mm 。本试验区共计完成水泥固结灌浆孔 9个 , 进尺 326m, I 序孔单位水泥耗量 617kg/m,II 序孔单位水 泥耗量 176kg/m。(2 化学灌浆 :化学灌浆的施工工艺流程为钻 16长江科学院院报 2010年孔 钻孔冲洗 简易压水试验 配浆 孔内排水 灌浆 闭浆 孔内浆液置换 下一段钻灌至结束 封孔。化学灌浆采用孔口封闭、 自

12、上而下分段钻孔灌浆 的纯压式灌浆方法 , 最大化学灌浆压力 33. 5MPa 。 灌浆分段与水泥灌浆分段一致 , 灌浆孔最大垂直 深度 30m, 沿煌斑岩脉倾向布置。开灌的浆液为 Y DS -7, 遇上吸浆量较大孔段为 Y DS -0, Y DS -0的粘度大于 Y DS -7。I 序孔距为 2m , II 序孔距为 1m 。钻孔孔径为 76mm 。本试验区共计完成化学灌浆孔 9个 , 进尺 280 m , I 序孔单位化学浆材耗量 123kg/m, II 序孔单位 浆材耗量 40kg/m。孔 段 不 吸 浆 或 吸 浆 量 小 于 0. 010. 05 L /m in m 时 , 继续灌注

13、30m in 后结束该段灌浆 。3 水泥化学复合灌浆效果检查及成 果分析波测试 、 孔内变模 、物理力学性能试验 ,灌浆试验效果的主要依据 。3. 1 压水试验在灌前测试孔以及水泥灌浆孔灌浆前后 、 化学 灌浆孔灌浆前后按要求进行了压水试验 , I V 2煌斑 岩脉各阶段压水试验成果见表 3。经过水泥化学复合灌浆处理 , 煌斑岩脉达到不 透水 。3. 2 钻孔物探检测灌浆各阶段都进行了钻孔声波 、 钻孔变模检测 , 检测成果见表 4。试验成果表明 , 岩体中张开的裂 隙得到了水泥较为有效填充 , 再在化学灌浆的复合 处理后 , 弱 2强 风化煌斑岩脉的物理力学性能得到了 有效改善 , 力学指标

14、有较大提高 。3. 3 钻孔取芯室内试验在第一试区化学灌浆完成 150d 后进行了 2个 大口径取芯施工 , 取芯孔孔径 280mm , 钻孔深度 20. 0m /孔 。 化学灌浆前难以取得完整的岩芯 , 岩 芯获得率约 50%; 化学灌浆后全部取得完整的岩 芯 , 岩芯获得率约 100%。岩石磨片鉴定成果及照片表明 , 煌斑岩中微裂 隙都具有开放性 , 均被浅黄色具均质性的填充剂充 填 , 胶结良好 。灌后煌斑岩密度为 2. 522. 68g/c m 3, 平均值 2. 61g/c m 3。25. 4 88. 1MPa, 47. 湿抗压强度为 15. 2 72. 0. 82。 1. 61 .

15、 2. 90MPa 。灌后煌斑岩样单轴压缩试验统计分析结果 :岩 样自由风干状态变形模量为 6. 087. 51GPa, 弹性 模量为 11. 213. 2GPa 。灌后煌斑岩样经自由浸泡 4850h, 经岩石直 剪试验 , 采用优定斜率法得出抗剪强度指标 f 为 0. 91, c 为 3. 03MPa 。煌斑岩渗水时压力为 0. 11. 8MPa, 平均值 0. 63MPa 。3. 4 现场竖井承压板试验 在第一试区化学灌浆完成 170d 后 , 进行了现 场承 压 板 试 验 。竖 井 开 挖 规 格 为 2. 5m (长 ×2. 0m (宽 ×2. 7m (深 , 试

16、验结果 :割线模量 E 0为表 3 煌斑岩脉试区岩体灌浆前后透水率对比表Table 3 Co m par ison of L ugeon ra tes of l am prophyre before and after grouti n g岩级 序次 段数 最大值 /Lu最小值 /Lu透水率分段情况段数所占比例 /%段数所占比例 /%段数所占比例 /%段数所占比例 /%段数所占比例 /%段数所占比 例 /% 2灌前 32>100280000001317531444水泥灌后 142. 801178322-表 4 煌斑岩脉化学灌浆前后物探检测成果比较表Table 4 Co m par iso

17、n of physi ca l detecti on results before and after grouti n g时段钻孔单孔声波 V (-1最小值 最大值 平均值提高幅度 /%孔内变形模量 E /GPa小值平均 大值平均 平均值提高幅度 /%备注灌前 2841379932620. 450. 990. 72水泥灌后 2938382033881. 101. 981. 44化灌后 3057 3546 463053764322455732%40%2. 205. 274. 037. 953. 526. 03390%740%30d 后测试成果 150d 后测试成果26第 2期 王继敏 等 锦屏

18、一级水电站煌斑岩脉水泥化学复合灌浆试验研究16. 2GPa, 包络线模量 E 0为 13. 0GPa 。4 结 论煌斑岩脉呈强 2弱 风化 , 微裂隙发育 , 用普通水 泥灌浆对煌斑岩脉进行灌浆 , 只能解决岩脉的抗渗 性能 , 对于提高岩体声波速度和变形模量有一定的 局限性 。利用低粘度高渗透性 Y DS 系列化学浆材 , 对煌 斑岩脉进行水泥化学复合灌浆 , 岩体声波速度和变 形模量都有较大提高 , 灌浆效果明显 , 有关检测指标 基本满足设计要求 。化学灌浆后 , 根据孔内电视及钻孔取芯观察 , 煌 斑岩脉岩体张开的裂隙经水泥灌浆后得到了较为有 效地填充 , 细微裂隙及微小孔隙被化学胶凝

19、体充分 填充 。 强 2弱 风化的煌斑岩脉得到了满意地胶结及 充填 , 其整体性及变形模量 、 岩体完整性系数等都得 到了较大的提高 。说明本次灌浆效果明显 , 灌浆材 料配方 、 灌浆工艺 、 施工参数基本合理 。虽然化学灌浆过程历时较长 , ,边坡的安全风险 ,工进度 。 因此 ,用价值 。参考文献 :1 中国科学院广州化学研究所 . 高渗透性呋喃 -环氧化学灌浆材料 :中国 , 87105255. 5P .1990-10-03 (Guanzhou Che m ical Graduate School . H igh per meable Furan 2Epoxy Resin Materi

20、als:Chinese Patent, 87105255. 5P .1990-10-03(in Chinese 2 陈珙新 , 祝 红 , 熊 进 . 三峡工程 F215断层复合灌 浆处理试验研究 J .长江科学院院报 , 2000, (6 :9 -11, 17. (CHE N Gong 2xin, ZHU Hong, X I O NG J in . Experi m ental research on compound gr outing treat m ent at fault F215of TGPJ .Journal of Yangtze R iver Scientif 2 ic Res

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23、研究院 , 2008. (HE Ru 2p ing, LA I J ie 2he, ZE NG J i 2quan, et al . Rep r ot of lab test of la mp r ophyre and f5core sa mp le af ter chem ical gr outing R .Cheng 2 du:Chengdu Hydr oelectric I nvestigati on &Design I nsti 2 tute of SPC, 2008. (in Chinese (编辑 :罗玉兰 Co mpound Ce ment and Che m i cal

24、 Grouti n g Tr i a l and Study on Ji n pi n g 2I St age Hydropower ProjectWANG J i 2m in, J I A NG Xue 2lin(EHDC J inp ing Constructi on Manage ment Authority, Xichang Sichuan 615000, China Abstract :J inp ing 2I 2Stage Hydr opower Stati on da m is concrete arch dam with max . height of 305m , and it is the highest arch da m in the world . Some la mp r ophyre existences in f oundati on r ock will be har mful t o the da m stability and foundati on stress transfer, s o it has t o be treated f or the da m safety . It was p r oved that def or mati on modulus, comp ressi on strength,