吳金球

1、工程概況

三峽大壩壩頂高程185m，最大壩高181m，順?biāo)飨蜃畲蟮讓?36m。壩基為閃云斜長(zhǎng)花崗巖，建基面基巖為弱風(fēng)化帶及微風(fēng)化、新鮮巖體。裂隙率2%，變形模量14.7～43.1GPa，聲波測(cè)試縱波速度Vp＝4.3～5.3km/s，動(dòng)彈模18～87GPa；80%的地段屬于微弱或極微弱透水巖體，是良好的建壩基礎(chǔ)巖體。

壩基因結(jié)灌漿的目的是對(duì)壩基淺層爆破松動(dòng)及地質(zhì)缺陷部位的巖體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，以提高壩基巖體的均勻性和整體性，減少壩基不可恢復(fù)變形，增強(qiáng)淺層巖體的抗?jié)B能力。固結(jié)灌漿的范圍包括：壩踵、壩趾各1/4壩基寬度的區(qū)域，地質(zhì)缺陷部位和基礎(chǔ)開挖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有特殊要求的部位。

固結(jié)灌漿孔：一般地段孔排距2.5m×2.5m，灌漿深度5m；地質(zhì)缺陷或有特殊要求的部位孔排距2m×2m，灌漿深度10～20m。均為梅花型布孔，分兩序在3m混凝土蓋重條件下施工，I、II序各占50%。二期工程設(shè)計(jì)工程量鉆灌36.2萬延米。

2、 施工干擾和矛盾

三峽工程永久建筑物固結(jié)灌漿鉆灌工程量達(dá)36.2萬延米，單個(gè)壩塊鉆灌施工需占用直線工期0.5～1個(gè)月，在有蓋重的條件下的固結(jié)灌漿施工，必然造成大壩基礎(chǔ)混凝土在強(qiáng)約束區(qū)的長(zhǎng)間歇，從而增加混凝土裂縫的可能性；而且存在固結(jié)灌漿造孔與蓋重混凝土的冷卻水管、基礎(chǔ)安全監(jiān)測(cè)儀器的干擾，致使固結(jié)灌漿施工與混凝土澆筑的矛盾非常突出。三峽二期工程混凝土在大面積開挖結(jié)束后，開始澆筑基礎(chǔ)的當(dāng)年澆筑強(qiáng)度即達(dá)448萬m3/年，最高月強(qiáng)度約50萬m3/月，都是世界水電工程混凝土施工之最。為減少固結(jié)灌漿的長(zhǎng)間歇而造成的混凝土裂縫并達(dá)到緩解其工期矛盾的目的，需要對(duì)固灌漿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

大面積的常規(guī)固結(jié)灌漿只能根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)的需要作系統(tǒng)布置，與受灌區(qū)的地質(zhì)條件和可灌性沒有直接聯(lián)系，所以灌漿效果不甚理想。以左非12～18壩段實(shí)際灌漿資料為例，優(yōu)化設(shè)計(jì)前后灌漿效果見下表。

由上表可知，優(yōu)化設(shè)計(jì)前固結(jié)灌漿平均單耗極小，95%的孔段<10kg/m，有大量的工程量浪費(fèi)。

另一方面，壩基開挖成型后，部份壩段揭露的淺層卸荷風(fēng)化緩傾角裂隙，局部出現(xiàn)寬大爆破裂隙的處理，對(duì)固結(jié)灌漿提出了更高的要求。需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，研究專門的灌漿工藝措施，以加強(qiáng)重點(diǎn)部位的灌漿效果，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

因此，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)布置的固結(jié)灌漿作出調(diào)整和優(yōu)化，使其更具針對(duì)性。

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)條件

三峽建基巖體q>5Lu的孔段僅占17%，分析認(rèn)為：這些孔段大多與卸荷風(fēng)化、爆破裂隙、建基面開挖體型，混凝土封閉條件等因素密切相關(guān)，而這些缺陷多呈成片或線狀分布，具有較強(qiáng)的規(guī)律性和認(rèn)知條件。而施工期地質(zhì)編錄，全面積的物探測(cè)試，為優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)備了詳實(shí)可靠的資料，充分地利用這些資料，區(qū)別不同的地段及時(shí)地調(diào)整灌漿孔的布置，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是可行的。

一期完成的岸坡壩段3萬延米，6000余孔固結(jié)灌漿施工為二期工程積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在建立巖體裂隙密度、連通概化模型的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出注入率與地質(zhì)模型、聲波波速的相關(guān)關(guān)系從已知推未知，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，用于指導(dǎo)和調(diào)整固結(jié)灌漿工程設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)和工作基礎(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)完成后，邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)著名專家對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行了評(píng)審，對(duì)灌漿工程提出了專家建議，有關(guān)的結(jié)論及建議意見如下：

(1)質(zhì)量檢查方法：以檢查孔壓水試驗(yàn)和聲波測(cè)試作為質(zhì)檢的主要的手段。壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為3Lu，單孔聲波測(cè)試90%

的測(cè)點(diǎn)，Vp≥4.5km/s，其余10%的測(cè)點(diǎn)≥4km/s。

(2)建議：

(a)設(shè)計(jì)單位應(yīng)針對(duì)不同性狀和不同部位的斷層制定相應(yīng)的處理措施。

(b)如為灌前檢測(cè)出建基面驗(yàn)收單元的巖體平均的聲波波速Vp≥5.0km/s時(shí)，無須大面積布置固結(jié)灌漿孔，重點(diǎn)加強(qiáng)基巖淺層和特殊要求部位的防滲。物探資料、同條件的先灌部位資料、本部位前序孔的灌漿資料是作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)，基礎(chǔ)固灌工程宜作為動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目予以安排。

4、優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容

4.1 重點(diǎn)部位

一類為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有特殊要求的部位，如：防滲灌漿帷幕外圍的一、二排兼作輔助帳幕的深固結(jié)孔；壩踵、壩址等防滲要求高、壩基應(yīng)力集中和應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)低的部位；需要聯(lián)合受力的建筑物間的陡直邊坡(如左廠l～5壩段下游廠壩邊坡等)重點(diǎn)部位鉆灌孔深度應(yīng)予確保。多面臨空開挖體型突變部位的固結(jié)漿灌孔密度視地質(zhì)條件、爆破情況調(diào)整或增補(bǔ)鉆孔布置，施灌過程中根據(jù)灌漿效果作進(jìn)一步調(diào)整。必要時(shí)，修改以上部位鉆孔角度，傾向優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，以增加其灌漿效果。

二類為地質(zhì)缺陷部位：如F7、fl050斷層，緩傾角裂隙面等部位是固結(jié)灌漿處理的又一重點(diǎn)，灌漿孔密度原則上以2.5m×2.5m孔排距為主，視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可以調(diào)整為5.0m×5.0m。鉆孔分兩序施工。其灌漿效果的提高主要依賴于灌漿工藝的提高。

三類為爆破裂隙發(fā)育、巖體松動(dòng)區(qū)等施工缺陷部位：以針對(duì)性布孔為主，或按5.0m×5.0m規(guī)則布置予以補(bǔ)強(qiáng)。

4.2 改進(jìn)灌漿工藝

根據(jù)灌漿試驗(yàn)成果，三峽壩基塊狀巖體對(duì)灌漿壓力的耐壓性較強(qiáng)，在找平混凝土封閉或3m混凝土蓋重條件下，固結(jié)灌漿I序孔設(shè)計(jì)灌漿壓力采用0.3～0.50MPa，II序孔可采用0.5～0.7MPa。對(duì)地質(zhì)缺陷部位的灌漿，為防止巖體的有害拾動(dòng)，相應(yīng)布置2.5×2.5m孔排距、L＝3m砂漿錨桿和一定量的抬動(dòng)觀測(cè)裝置，控制變形量小于200μm。而灌漿壓力視吸漿量大小決定，并通過試驗(yàn)建立吸漿量與灌漿壓力的關(guān)系。灌漿結(jié)束時(shí)必須達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，以保證灌漿效果。

4.3 漿材

固結(jié)灌漿材料主要使用525#普通硅酸鹽水泥，灌漿中盡可能使用濃漿。視現(xiàn)場(chǎng)裂隙張開情況，將開灌水灰比選擇為3:1或1:1，并根據(jù)吸漿量的大小，及時(shí)變漿。對(duì)于處于結(jié)構(gòu)受力部位的松散性構(gòu)造巖體，為滿足結(jié)構(gòu)受力要求，已在研究采用高強(qiáng)度的化學(xué)材料灌漿的可行性和處理效果，作為貯備的技術(shù)措施。

4.4 調(diào)整施工安排和鉆孔布置

在防滲灌漿帳幕前，原設(shè)計(jì)有l(wèi)～2排兼輔助防滲帳幕的固結(jié)灌漿孔，孔排距2.0×2.0m，孔深10～20m，要求使用巖芯鉆機(jī)造孔，分段灌漿，有蓋重的條件下施工。以確保混凝土與巖體接觸面的防滲效果。該類孔施工占用直線工期最長(zhǎng)，成為三峽工程總工期關(guān)鍵路線上的卡關(guān)因素。為此，提出了這類孔移至基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)打斜孔。這樣雖然增加了少量投資，但卻縮短了直線工期、緩解了基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土長(zhǎng)間歇的矛盾。調(diào)整布置見圖一。

1.壩軸線

2.基礎(chǔ)灌漿排水廊道

3.混凝土縱橫

4.常規(guī)固結(jié)灌漿孔

5.固結(jié)灌漿兼輔助帷幕孔 (優(yōu)化設(shè)計(jì)前)

6.固結(jié)灌漿兼輔助帷幕孔(優(yōu)化設(shè)計(jì)后廊道內(nèi)深孔)

7.固結(jié)灌漿兼輔助帷幕孔(優(yōu)化設(shè)計(jì)后廊道外淺孔)

8.基礎(chǔ)防滲灌漿帷幕

圖1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)灌漿兼輔助帷幕灌漿孔優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.5 封閉式無蓋重灌漿

通過多年的摸索，結(jié)合其它工程經(jīng)驗(yàn)和三峽工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證，三峽工程固結(jié)灌漿施工推薦找平混凝土灌漿施工法，不僅可縮短工期、充分利用不宜開澆基礎(chǔ)混凝土的空隙時(shí)間進(jìn)行因灌施工。減少建基面污染，避免固結(jié)灌漿造孔與基礎(chǔ)埋件的干擾等問題，還節(jié)省了3m厚的混凝土造孔工程量，從而節(jié)省投資。

4.6 減少鉆孔工程量

有條件地選擇帳幕后，壩址部位上游一定范圍當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件優(yōu)良、巖體完整、聲波波速Vp>5000m/s的地段取消其全部I、II序固結(jié)灌漿孔。

利用固結(jié)灌漿分序施工的條件，密切跟蹤鉆灌施工的過程,實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。根據(jù)I序孔的施工情況，當(dāng)I序孔壓水試驗(yàn)吸水量較小、可灌性差、灌漿效果不明顯時(shí)，取消II序灌漿孔施工。

根據(jù)II序孔施工情況，當(dāng)II序孔壓水試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)檢查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則免予布置檢查孔，可直接允許后續(xù)工程施工。

5、結(jié)束語

三峽工程基礎(chǔ)因結(jié)灌漿工作在業(yè)主單位的支持下成立多專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)小組，形成了以基本資料收集，到數(shù)據(jù)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)決策一條龍的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體制，確保了優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的及時(shí)和有效，收到了較好的工程效益。

(1)根據(jù)已進(jìn)行的部分壩段實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)，減少鉆灌工程1/4，測(cè)算三峽工程可減少鉆灌工程量約5萬m，節(jié)省投資2000萬元。

(2)固結(jié)灌漿工藝、施工安排調(diào)整及大面積鉆孔布置調(diào)整，縮短了直線工期，解決了基礎(chǔ)約束區(qū)薄層混凝土的長(zhǎng)間歇問題，避免了固結(jié)灌漿造孔與基礎(chǔ)處理埋件的干擾和影響。

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的地質(zhì)資料布置固結(jié)灌漿孔，有更好的針對(duì)性，對(duì)提高巖體的完整性、均勻性、抗?jié)B性，確保工程質(zhì)量，加強(qiáng)固結(jié)灌漿效果更為有利。

6、致謝

本文在寫作過程中得到了中國(guó)工程院鄭守仁院士、林文亮教授級(jí)高工的指導(dǎo)，一并致謝!