劉代賢

中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，中國(guó)·四川 成都 611130

1 引言

論文依托錦屏一級(jí)水電站左岸基礎(chǔ)處理進(jìn)行研究，主要針對(duì)左岸抗力體F5 斷層泥化區(qū)及砂層區(qū)加固處理進(jìn)行研究，探索出對(duì)F5 斷層的處理方法，以提高巖體的抗變形能力，與左岸抗力體一同承載大壩的拱推力，保證305 m 高拱壩的安全運(yùn)營(yíng)，因此對(duì)采用“高壓對(duì)穿沖洗+回填混凝土”的加固施工方法的研究是非常必要，且研究成果能夠在同類型地質(zhì)條件中推廣，如烏東德水電站、白鶴灘水電站。

2 工程概況

錦屏一級(jí)水電站在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行基礎(chǔ)處理，其中以斷層破碎帶最為典型。斷層破碎帶特征：①斷層破碎帶地質(zhì)性狀較差，遇水易軟化泥化，屬Ⅴ1 級(jí)巖體；②斷層破碎帶位于拱壩主要受力區(qū)。

鑒于上述原因，對(duì)斷層破碎帶置換洞樁號(hào)K0+54～K0+69 采取高壓對(duì)穿沖洗回填混凝土加固處理施工。

3 工藝原理

從洞室內(nèi)高程F5 斷層置換洞順斷層或軟弱夾層走向鉆孔至低高程F5斷層置換洞，形成連通通道，自上而下進(jìn)行“高壓對(duì)穿沖洗”。采用風(fēng)、水聯(lián)動(dòng)沖洗斷層破碎帶內(nèi)充填的各類斷層泥及松散物質(zhì)，利用高壓風(fēng)、水上下反復(fù)切割、破壞和擾動(dòng)斷層組成結(jié)構(gòu)，使斷層帶內(nèi)松散物質(zhì)液化，液化后利用其自重和水流沿對(duì)穿孔沖出低高程，在斷層帶中形成一條空腔，然后進(jìn)行回填，最后進(jìn)行高壓灌漿處理。

4 高壓對(duì)穿沖洗回填混凝土加固施工

4.1 布孔方式

共布置高壓對(duì)穿沖洗孔78 個(gè)，孔間距為1 m，從1730高程F5 斷層置換洞鉆穿至1670 高程F5 斷層置換洞頂拱（見圖1）。

4.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

4.2.1 鉆孔

鉆孔孔徑采用320 mm，從高程向低高程鉆進(jìn)，形成“對(duì)穿孔”，孔向順斷層走向。鑒于斷層較寬，“對(duì)穿孔”難以完全覆蓋時(shí)，布置輔助沖洗孔，輔助沖洗孔布置于斷層兩側(cè)，沖洗時(shí)利用“對(duì)穿孔”孔道出渣。

4.2.2 對(duì)穿沖洗

①?zèng)_洗參數(shù)：采用20～25 MPa 水壓力，采用0.8～1.5 MPa風(fēng)壓，沖洗提升高度為10～20 cm，轉(zhuǎn)速8～12 r/min。

②沖洗方法：完成一次沖洗循環(huán)需采用雙管法先自上而下沖洗，再自下而上沖洗。

③關(guān)水浸泡：沖洗完成后孔內(nèi)注滿水，關(guān)水浸泡，使斷層內(nèi)松散物質(zhì)軟化。

④反復(fù)循環(huán)沖洗：為達(dá)到?jīng)_洗效果，保證沖洗范圍，需進(jìn)行反復(fù)沖洗，反復(fù)沖洗1～3 次。

4.2.3 混凝土回填

沖洗結(jié)束后，空腔采用“自密實(shí)高強(qiáng)度混凝土”進(jìn)行回填，回填前確?？變?nèi)積水排干，并封堵對(duì)穿孔下孔口。為保證孔底與混凝土有效接觸，回填之前先采用0.5 ∶1 水泥漿液在孔底墊層，回填從低處向高處回填[1]。

4.2.4 灌漿

沖洗通道內(nèi)回填混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，對(duì)斷層兩側(cè)布置補(bǔ)充灌漿孔進(jìn)行灌漿，加強(qiáng)沖洗后處理效果。灌漿孔間距為3～4 m，孔向傾斜，孔深穿過斷層。

4.2.5 效果評(píng)價(jià)

高壓對(duì)穿沖洗回填混凝土后效果評(píng)價(jià)采用巖芯取樣，灌后壓水、物探檢測(cè)進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。

5 高壓對(duì)穿沖洗回填混凝土加固施工效果

5.1 大口徑鉆孔角度控制效果

鉆孔結(jié)束后各孔均鉆穿至低高程，鉆孔偏距控制效果較好，孔底偏距最大為3.73 m，最小為0.26 m，平均孔底偏距為1.45 m。

5.2 高壓對(duì)穿沖洗排渣效果

通過在高程進(jìn)行高壓沖洗和掃孔沖洗及在低高程進(jìn)行反向掃孔沖洗后，大量孔內(nèi)較密實(shí)細(xì)沙、斷層泥、砂石流出至低高程，在斷層破碎帶中形成條空腔通道，沖洗排渣效果顯著。

5.3 采用孔內(nèi)錄像進(jìn)行空腔分析

高壓沖洗后采用孔內(nèi)錄像進(jìn)行空腔分析，沖洗后孔深7 m 以下形成一條貫通性大空腔，空腔內(nèi)新鮮基巖出露明顯，巖面較光滑潔凈，原斷層泥等通過對(duì)穿孔排至低高程，沖洗效果較好。

5.4 自密實(shí)混凝土回填成果

通過回填自密實(shí)混凝土將高壓對(duì)穿沖洗后的空腔填筑密實(shí)，改善了該部位原始地質(zhì)條件，提高了該部位抗變形能力，提高了安全系數(shù)（見表1）。

表1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)試驗(yàn)

5.5 高壓對(duì)穿沖洗區(qū)域灌漿成果分析

為提高處理效果在斷層破碎帶上下盤進(jìn)行固結(jié)灌漿，高壓對(duì)穿沖洗區(qū)域共完成22 個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿796.5 m，注灰178 t。

5.6 高壓對(duì)穿沖洗模擬成果分析

采用地質(zhì)建模，綜合運(yùn)用有限單元法（FEM）和無網(wǎng)格法（Meshless Method）進(jìn)行數(shù)值軟件分析計(jì)算。通過計(jì)算，檢測(cè)高壓對(duì)穿沖洗對(duì)斷層破碎帶沖洗效果。

①通過建模分析，得出各種時(shí)程曲線圖等諸多資料。

②根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，可以充分了解高壓對(duì)穿沖洗斷層破碎帶的每個(gè)過程，得出如下結(jié)論：高壓沖洗鉆孔，切割、擾動(dòng)破壞巖體，沖洗效果較好，巖體破壞效果明顯。

高壓對(duì)穿沖洗模擬研究見圖3。

6 高壓對(duì)穿沖洗回填混凝土加固區(qū)域質(zhì)量檢測(cè)

高壓對(duì)穿沖洗后回填混凝土灌漿區(qū)域進(jìn)行了質(zhì)量效果檢測(cè)，檢測(cè)采用灌漿前、后壓水試驗(yàn)，對(duì)灌漿前后巖層透水率進(jìn)行對(duì)比分析。灌漿前壓水17 段，灌漿后壓水檢測(cè)38 段。

6.1 透水率對(duì)比分析

混凝土回填后及灌漿后透水率頻率對(duì)比分析見表2。

表2 混凝土回填后及灌漿后透水率頻率對(duì)比分析

高壓對(duì)穿沖洗區(qū)域經(jīng)過回填自密實(shí)混凝土及高壓固結(jié)灌漿處理后，平均透水率為1.0 Lu，透水率全部小于3 Lu，滿足基礎(chǔ)處理固結(jié)灌漿灌后檢查效果值。

6.2 物探檢測(cè)成果分析

斷層破碎帶高壓對(duì)穿沖洗回填混凝土加固處理后單孔聲波，平均鉆孔變模值均滿足設(shè)計(jì)要求，聲波提高了8%，巖體變模值提高了10%。

7 結(jié)論

①采用高風(fēng)壓潛孔鉆進(jìn)成孔，采用XL-50 型旋噴機(jī)對(duì)F5 斷層泥、砂層帶、斷層風(fēng)化帶攪動(dòng)、沖洗后對(duì)空腔進(jìn)行混凝土回填并加固灌漿處理的方案可行、有效，能夠提高F5 斷層破碎帶弱承載巖體抗變形能力。

②有效解決工程施工中出現(xiàn)類似地質(zhì)的技術(shù)難題，為后期復(fù)雜地質(zhì)情況下的工程施工提供了參考依據(jù)。采用該方法施工，成本得到了有效控制，工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

③總結(jié)出一套適合于斷層帶、沙層、斷層泥或松散巖體高壓沖洗施工工藝及方法。