摘要：三峽工程大壩建基巖面澆筑找平混凝土進行封閉式固結(jié)灌漿，在總結(jié)灌漿試驗研究和生產(chǎn)性試驗的基礎(chǔ)上，提出找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿設(shè)計及施工技術(shù)要求，并全面推廣應(yīng)用。解決了大壩基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑與固結(jié)灌漿的矛盾，降低大壩混凝土產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險。
關(guān)鍵詞：大壩基巖面 找平混凝土 固結(jié)灌漿 三峽工程
1 概述
混凝土壩基礎(chǔ)開挖至設(shè)計建基巖面高程后，即使采取深挖抽槽或降低建基巖面等處理措施，仍難以全部清除，巖體卸荷及爆破裂隙與基巖本身存在的斷層及其交切帶、裂隙密集帶、巖脈、破碎帶、風(fēng)化溝(坑)等地質(zhì)缺陷相互作用對壩基構(gòu)成不利影響，在壩基淺部表層尚存在裂隙張開的巖體。為充填表層巖體中的裂隙，恢復(fù)和提高巖體的整體性，改善混凝土壩建基面表層淺部巖體及地質(zhì)缺陷部位巖體的力學(xué)性能，增強壩基巖體勻質(zhì)性，降低透水性，必須對壩基巖體進行固結(jié)灌漿處理，以改善壩基及壩體的應(yīng)力狀況，加強大壩基礎(chǔ)混凝土與建基面的整體性，提高大壩穩(wěn)定安全儲備。
固結(jié)灌漿通常在大壩基礎(chǔ)澆筑一定厚度(3－5m)的混凝土面施工，即為有蓋重固結(jié)灌漿。其優(yōu)點可以使用較大的灌漿壓力，防止基巖表面冒漿，保證固結(jié)灌漿效果，并可兼顧混凝土與基巖間的接觸灌漿。但蓋重混凝土位于大壩基礎(chǔ)強約束區(qū)，固結(jié)灌漿施工期間，受氣溫驟降影響，蓋重混凝土易產(chǎn)生表面裂縫；由于基巖對混凝土變形的約束，表面裂縫受基礎(chǔ)約束力作用，將發(fā)展為貫穿性裂縫，損傷壩體整體性，增加裂縫處理工作量。同時，有蓋重固結(jié)灌漿增加混凝土鉆孔量，易打斷混凝土內(nèi)的冷卻水管及其他預(yù)埋件等，并與大壩混凝土澆筑存在矛盾，影響混凝土澆筑直線工期。
三峽工程大壩為混凝土重力壩，壩基巖體為前震旦紀閃云斜長花崗巖。設(shè)計單位長江設(shè)計院對三峽工程主體建筑物基礎(chǔ)巖體進行了有蓋重固結(jié)灌漿試驗與澆筑找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿試驗。根據(jù)試驗成果，大壩左岸廠房壩段建基巖體固結(jié)灌漿施工中，在具備條件的部位進行找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗和部分壩塊應(yīng)用，右岸廠房壩段及非溢流壩段全面推廣應(yīng)用找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿施工技術(shù)，灌后鉆孔檢查，彈性波測試和壓水試驗成果均滿足設(shè)計要求。
2 找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿試驗研究
2.1試驗區(qū)的基巖條件及找平混凝土
三峽工程大壩建基巖體固結(jié)灌漿施工前，在一期基坑內(nèi)選擇兩個試驗區(qū)進行找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿試驗與有蓋重(混凝土厚3－5m)固結(jié)灌漿對比分析。固結(jié)灌漿區(qū)的基巖面達到大壩對基巖面的要求，并經(jīng)基礎(chǔ)驗收后，才能澆筑找平混凝土，其質(zhì)量要求與大壩基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土相同。
試驗①區(qū)尺寸為10.5m×24m，基巖以塊狀結(jié)構(gòu)為主，次塊狀結(jié)構(gòu)次之，有小斷層7條，其中3條規(guī)模較大。斷層交匯處巖體質(zhì)量較差，局部較破碎，且建基巖面局部爆破裂隙張開度達1－3mm，小斷層張開達1cm。找平混凝土厚度0.3－0.5m，凹坑處達1.0m，完整巖石的凸包處沒有混凝土，允許巖石外露，找平混凝土設(shè)計標號為90天齡期200號，三級配，混凝土施工質(zhì)量良好。
試驗②區(qū)尺寸為12m×19m，位于F斷層構(gòu)造巖上，斷層傾角陡，構(gòu)造巖膠結(jié)較好，質(zhì)堅硬，因受后期構(gòu)造運動的影響，裂隙較發(fā)育，巖石破碎，基巖面較破碎，且極不均一。找平混凝土施工同試驗①區(qū)，混凝土厚度0－1.0m。
從試驗鉆孔取芯芯樣情況看，混凝土一般與基巖膠結(jié)緊密，能取到混凝土與基巖連接成整體的芯樣。
2.2固結(jié)灌漿試驗孔布置
固結(jié)灌漿試驗孔布置分為規(guī)則孔和隨機孔兩個區(qū)段。規(guī)則孔區(qū)段按方格形和梅花形兩種布置，隨機孔區(qū)段主要針對小斷層、構(gòu)造裂隙、爆破裂隙布灌漿孔。試驗①區(qū)地質(zhì)條件較具均勻，性，按2.5m×2.5m梅花形布孔。試驗②區(qū)規(guī)則孔區(qū)段為正方形布孔3.0m × 3.0m，隨機孔區(qū)段為孔排距2.0m×2.0m的三排梅花形，先施鉆外側(cè)兩排，中間排作為加密孔，安排最后施工。
2.3試驗區(qū)固結(jié)灌漿工藝
固結(jié)灌漿采用自上而下分段鉆灌、阻塞器阻塞、孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法施工。第一段灌漿壓力0.2－0.4MPa，阻塞器一般阻塞在基巖頂部，如找平混凝土厚度超過0.3m時，阻塞器可阻塞在混凝土與基巖接觸處；第二段及其以下灌漿壓力0.4－1.5HPa。采用3:1的漿液開始灌注，當注入量已達300L以上或灌注時間已達1h時，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時應(yīng)變濃一級；當注入率大干30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。當灌漿單位注入量小于10L/min時，采用濕磨細水泥灌注。在設(shè)計壓力下注入率不大于0.4L/min，持續(xù)灌注30min即可結(jié)束。灌漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，采用降壓、變濃漿液和間歇灌漿等措施處理。試驗①區(qū)26號孔第一段灌漿時發(fā)現(xiàn)找平混凝土抬動，當時抬動觀測值為180μm(設(shè)計允許值為200μm)，由于抬動影響，第二段灌漿時，發(fā)現(xiàn)冒漿只得待凝后復(fù)灌結(jié)束。
2.4試驗區(qū)固結(jié)灌漿效果評價
(1)基巖透水性分析
灌前、灌注過程中及灌后檢查的壓水試驗特征值列如表1。
2個試驗區(qū)合計灌前及灌漿過程中壓水透水率大于5Lu的孔段分別為41％及21％，所占比例較大，灌后基本上清除了大于5Lu的地段，大于3Lu的所占比重較小。
(2)灌漿水泥耗量分析
固結(jié)灌漿試驗水泥注入量特征值見表2。
從表中可看出，I、Ⅱ序孔L的灌漿注入量較大，Ⅲ序孔僅在少數(shù)灌段出現(xiàn)注入量大于10kg/m，占試驗區(qū)總灌漿段的2－4‰灌漿效果比較明顯。
(3)彈性波測試成果分析
彈性波測試灌后較灌前提高3.0％－7.1％。
(4)靜彈性模量測試成果分析
灌前靜彈性模量最大測值23.06－29.07GPa，最小測值10.08－12.10GPa，平均值14.02－18.03GPa；灌后靜彈性模量最大測值34，00一34.29GPa，最小測值12.55－12.96GPa，平均值21.02－21.43GPa。
(5)找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿試驗綜合評價
試驗區(qū)固結(jié)灌漿資料與檢查壓水試驗和彈性波測試及靜彈性模量測試成果表明，找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿效果明顯，可以滿足設(shè)計要求。試驗②區(qū)地質(zhì)條件比試驗①區(qū)差，采用隨機增布固結(jié)灌漿孔，取得較好的灌漿效果，說明對于存在斷層破碎帶、裂隙發(fā)育等地質(zhì)缺陷的壩基，采用找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿，除按常規(guī)布設(shè)灌漿孔外，還應(yīng)有針對性布置隨機灌漿孔，通過加密布孔施灌，提高固結(jié)灌漿效果，達到加固處理地質(zhì)缺陷的目的，以滿足設(shè)計要求。
3 找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿機理分析
大壩建基巖面高低不平，找平混凝土用于填補地質(zhì)缺陷開挖的坑溝，封閉基巖表面裂隙，個別完整巖石凸面可以外露，混凝土平均厚度30cm左右。找平混凝土內(nèi)熱量易于消散，其溫度趨近于基巖的溫度，不會產(chǎn)生長大的溫度裂縫。找平混凝土對固結(jié)灌漿的作用不是靠其重量來阻止水力劈裂、漏漿和防止抬動，主要通過混凝土與基巖面較好的膠結(jié)，混凝土嵌入和阻塞基巖面表面裂隙，約束建基巖體表面裂隙，阻止其張開，形成巖體表層一定范圍內(nèi)的整體性的邊界約束條件。使固結(jié)灌漿漿液在基巖內(nèi)沿裂隙面滲透流動，防止其串冒。找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿通過混凝土對巖面表層裂隙的約束和巖塊相互嵌固約束達到防止劈裂抬動的目的。施灌第1段(接觸段段長2m)采用較低壓力，并通過加密布孔灌漿，將上部淺層大注入量孔段灌注好，形成有效封閉巖層，可對后續(xù)孔段的灌漿起到蓋重的作用，便于后續(xù)孔段在較高壓力下灌漿，防止水力劈裂和控制抬動，提高固結(jié)灌漿效果。
4 找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿在三峽大壩的應(yīng)用
4.1大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計
三峽工程大壩建基巖體以微風(fēng)化和新鮮花崗巖為主，部分利用弱風(fēng)化下帶巖石，巖性較均一完整，透水性較小。但受開挖爆破及卸荷影響，巖體的完整性有所降低，透水性增大。大壩基礎(chǔ)處理設(shè)計要求對壩基應(yīng)力較大、基礎(chǔ)輪廓突變部位及斷裂構(gòu)造帶、邊坡穩(wěn)定需要加固的局部位置進行固結(jié)灌漿處理。根據(jù)大壩基礎(chǔ)應(yīng)力分布的差異，固結(jié)灌漿基本范圍為壩踵及壩趾約1/4壩寬的位置，對斷裂構(gòu)造及其交切區(qū)，裂隙密集帶等地質(zhì)缺陷部位加強固結(jié)灌漿。壩基巖體固結(jié)灌漿孔深：一般部位5－6m，孔排距2.5m×2.5m：主帷幕前兩排孔深分別為10m和20m，孔排距2m×2m，封閉帷幕后一排孔深10m，孔距2.5m，兼作輔助帷幕；地質(zhì)缺陷或有特殊要求地段孔深10－20m，并視需要加深。固結(jié)灌漿一般采用濕磨細水泥漿灌注，注入量大的孔段可先灌注普通水泥漿后改磨細水泥漿。灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀變濃，逐級變換，漿液水灰比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1比級，開灌水灰比一般采用3:1。固結(jié)灌漿質(zhì)量采用灌后壓力試驗及彈性波檢測評定。固結(jié)灌漿合格標準為灌后基巖壓水檢查透水率q≤3Lu，灌后基巖彈性波縱波速度平均值V?！?000m/s。
4.2大壩基巖面找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿應(yīng)用部位
三峽開發(fā)總公司組織專家對主體建筑物建基巖面找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿試驗成果進行了評審，根據(jù)灌漿試驗成果，評審認為三峽大壩壩基可采用找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿施工技術(shù)。業(yè)主確定先在二期基坑內(nèi)施工的左岸廠房壩段選擇幾個壩段進行找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗。在總結(jié)生產(chǎn)性試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，應(yīng)用在大壩泄洪壩段部分壩塊基礎(chǔ)固結(jié)灌漿。泄洪壩段設(shè)2條縱縫，泄1－5號壩段第3塊尺寸大(21m×57m)，受溫控限制，1999年高溫季節(jié)不能澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土，業(yè)主安排澆筑找平混凝土進行封閉式固結(jié)灌漿施工，為低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土并連續(xù)上升創(chuàng)造條件，防止該部位混凝土產(chǎn)生裂縫。三期基坑施工的右岸廠房壩段及非溢流壩段全面推廣應(yīng)用了找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿施工技術(shù)。右岸廠房壩段及非溢流壩段固結(jié)灌漿總計50個單元，除10個單元采用有蓋重固結(jié)灌漿施工，6個單元采用有蓋重與找平混凝土封閉結(jié)合施灌外，其余34個單元全部采用找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿施工，占單元總數(shù)的68％。
4.3大壩建基巖面找平混凝土固結(jié)灌漿質(zhì)量評價
(1)找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿施工
大壩建基巖面整修清理完成并經(jīng)驗收合格后，澆筑找平混凝土厚度0.2－0.5m，待達到齡期要求后即進行固結(jié)灌漿。找平混凝土質(zhì)量同大壩基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土，設(shè)計標號為90天齡期200號、抗凍標號F150?？?jié)B標號W10，三級配。找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿施工方法及工藝與有蓋重固結(jié)灌漿相同，主要區(qū)別在第一段灌漿壓力較有蓋重固結(jié)灌漿采用低值，阻塞器一般阻塞在基巖頂部，如找平混凝土厚度超過0.3m，可阻塞在混凝土與基巖接觸處。灌漿過程中，出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，采用地表封堵、嵌縫，低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌注等方法處理。
(2)找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿分序施灌及壓水成果
右岸廠房壩段固結(jié)灌漿I序孔平均注入量為10.85Kg/m，Ⅱ序孔平均單位注入量為6.95Kg/m，呈明顯遞減趨勢，遞減率為35.9％；壓水成果I序孔平均透水率為15.42Lu，Ⅱ序孔平均透水率為9.04Lu，呈明顯遞減趨勢，遞減率為41.4‰符合一般灌漿規(guī)律。右岸非溢流壩段固結(jié)灌漿I序孔平均注入量為3.90kg/m，Ⅱ序孔平均注入量為1.72Kg/m，呈明顯遞減趨勢，遞減率為70.33％；壓水成果I序孔平均透水率為5.24Lu，Ⅱ序孔平均透水率為1.47Lu，呈明顯遞減趨勢，遞減率為71.9％，符合一般灌漿規(guī)律。
(3)找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查及評價
右岸廠壩段布置灌漿后質(zhì)量檢查孔87個，壓水平均透水率0.04Lu；右岸非溢流壩段布置21個檢查孔，壓水平均透水率0.23Lu，所有檢查孔壓水最大透水率均小于1Lu，滿足設(shè)計要求小于3Lu。檢查孔取芯多為中長柱狀，一般較完整，獲得率90％以上。檢查孔芯樣水泥結(jié)石厚度1－5mm，最厚達10mm。彈性波測試，單孔灌后比灌前提高1.41％－3.89％；跨孔平均值灌后比灌前提高2.51％－5.18％，灌后波速一般不小于5000m/s，滿足設(shè)計要求。
5 結(jié)語
(1)2003年6月，三峽工程在三期基坑內(nèi)施工的大壩右岸廠壩段及右岸非溢流壩段的基礎(chǔ)開挖至建基巖面高程，為避開7月、8月高溫期間澆筑大壩基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土，而產(chǎn)生大壩混凝土裂縫的風(fēng)險，業(yè)主決定澆筑找平混凝土，進行封閉式固結(jié)灌漿施工，為9月份大壩混凝土全面施工創(chuàng)造條件，解決了大壩基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑與固結(jié)灌漿施工矛盾，在秋冬低溫期大壩基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑可以連續(xù)上升，降低了混凝土產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險，為混凝土壩建基巖體固結(jié)灌漿闖出一條新路。
(2)混凝土壩建基巖面澆筑找平混凝土僅限于固結(jié)灌漿區(qū)域，主要用于填補壩基地質(zhì)缺陷處理開挖的溝槽和封堵基巖面裂縫。找平混凝土質(zhì)量要求同大壩基礎(chǔ)混凝土相同。固結(jié)灌漿完成后，對已松動的找平混凝土應(yīng)予清除。在大壩廊道內(nèi)進行輔助帷幕灌漿和主帷幕灌漿時，將阻塞位置設(shè)在找平混凝土層以上部位，以加強對找平混凝土可能存在的裂縫進行補灌。必要時也可在大壩廊道內(nèi)增布加固灌漿孔。
(3)對于混凝土壩基巖性狀相對較差的巖體(如壩基為紅層巖石及較破碎的巖體)采用找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿，應(yīng)增布設(shè)淺孔(孔深5m左右)，采用低壓固結(jié)灌漿后，作為表層的覆蓋巖層重量，增大壓力對其以下巖體進行固結(jié)灌漿，以保證灌漿質(zhì)量。壩基表層巖體可在澆筑基礎(chǔ)混凝土(厚度5m左右)后，再進行復(fù)灌，復(fù)灌深度應(yīng)超過表層淺孔低壓灌漿深度，并搭接1m左右，以提高表層巖體固結(jié)灌漿和基巖面與大壩混凝土接觸面灌漿質(zhì)量。
(4)找平混凝土封閉式固結(jié)灌漿在施灌過程中應(yīng)加強抬動監(jiān)測，嚴格控制灌漿壓力與單位注入量的關(guān)系，防止抬動。找平混凝土發(fā)現(xiàn)抬裂應(yīng)待凝一段時間后再進行下續(xù)孔段灌注，以保證固結(jié)灌漿質(zhì)量。
