二、工程设计
复杂地基条件下的高拱坝基础处理思路及技术实践
(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都610072)
【摘要】锦屏一级拱坝是目前世界上已建的最高混凝土拱坝,坝高305m。该坝地基条件复杂,针对该坝基础处理设计与施工的关键技术问题,开展了多项专题研究与技术实践。从目前大坝蓄水的情况分析,这些基础处理技术应用比较成功,较好地解决了高拱坝复杂地基处理的关键技术问题。本文结合锦屏一级高拱坝的基础处理设计,对修建在复杂地基条件下的高拱坝基础处理思路及技术措施进行简要综述。
【关键词】复杂地基;高拱坝;基础处理;地质缺陷;垫座;固结灌浆;帷幕灌浆;复合灌浆
1 概述
拱坝属高次超静定的空间壳体整体结构,坝体应力状态以受压为主,这一特性能适应混凝土抗压强度高的特点,坝体断面小,筑坝材料省,承载能力强。拱坝超载后,坝体应力可以自行调整,坝体承受的荷载主要是通过拱的作用传到坝端两岸,只要坝肩稳定,坝体的安全裕度一般较大。因而拱坝不仅是经济性与安全性都比较优越的一种坝型,而且随着拱坝建建设及基础处理技术的发展,也是现代刚性材料坝中比较先进的坝型之一。
拱坝的稳定性主要依靠坝端两岸岩体维持,拱坝越高,承受的荷载越大,对地基的要求也越高。在拱坝设计中,对坝基的地形地质条件有所要求,狭窄河谷、坝基岩体坚硬完整且有良好的均匀性、具有厚实的抗力体是优良的拱坝坝址。但是,客观条件往往并不理想,天然的地基往往都有不同程度的缺陷,这些缺陷主要有风化、卸荷、断层、层间挤压错动带、节理裂隙等构造等。作为拱坝的地基,要根据拱坝的规模和传力特点进行分析,有针对性地进行相应的基础处理措施,以满足拱坝长期稳定安全的要求。
随着现代拱坝建设及基础处理技术的发展,对拱坝坝址条件的要求已逐渐放宽。目前世界上已建成了许多拱坝,有许多拱坝是建在地质条件复杂的地区。在复杂的建坝环境和条件下建成的拱坝,反映出当今世界拱坝建设技术水平和特点。
本文结合锦屏一级高拱坝的基础处理设计,对修建在复杂地基条件下的高拱坝基础处理思路及技术措施进行简要综述。
2 锦屏一级工程概况
锦屏一级水电站位于四川省盐源县、木里县交界的雅砻江干流,是雅砻江水能资源最富集的中、下游河段五级水电开发中的第一级。坝址区多年平均气温14.8℃,多年平均水温12.1℃,坝址控制流域面积102560km2,占雅砻江全流域面积的75.3%,多年平均流量1200m3/s。工程区地震基本烈度为Ⅶ 度。
锦屏一级水电站水库正常蓄水位1880m,总库容77.6亿m3,死水位1800m,调节库容49.1亿m3,为年调节水库。电站装机容量3600MW,装机年利用小时数4616h,年发电量166.2亿kW·h。工程枢纽主要由挡水、泄水及消能、引水发电等永久性建筑物组成。工程属一等大(Ⅰ)型工程,永久性建筑物为1级建筑物。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝,坝顶高程1885m,建基面最低高程1580m,最大坝高305m。正常蓄水位时,坝体承受总水推力近1200万t。引水发电系统采用地下厂房,安装6台600MW水轮发电机组;泄水及消能建筑物由双曲拱坝坝身“4个表孔+5个深孔”、坝后“水垫塘+二道坝”、右岸1条有压接无压泄洪洞组成。
锦屏一级水电站拱坝坝高305m,为目前世界最高拱坝。工程规模巨大,地处深山峡谷地区,工程技术条件复杂,坝址区断层、层间挤压错动带、节理裂隙等构造结构面发育,坝区左岸坡体内存在深部裂缝,卸荷强烈。拱坝设计及基础处理等技术问题比较复杂,技术难度高。
3 影响拱坝的主要工程地质
普斯罗沟拱坝坝址上起普斯罗沟沟口,下至手爬沟沟口,长约1.5km。河道顺直、狭窄,为深切V形河谷,河流流向为N25°E。该坝址河段的地形条件十分有利拱坝布置。坝址区左岸存在f5(f8)断层、煌斑岩脉、深部拉裂缝以及拉裂隙松弛岩体等不良地质条件;右岸存在f13、f14断层、绿片岩透镜体、绿片岩挤压带等不良地质条件。影响大坝布置及整体稳定的主要因素如下。
3.1 深部裂缝的影响
坝址左岸岸坡一定深度内,发育有一系列规模不等的裂缝或裂隙松弛带,由于深部裂缝发育段岩体破碎、松弛,工程地质性状差,对拱坝的变形和稳定影响很大,对水工布置和工程边坡也将产生不利影响,应尽量避免。
根据勘探揭示,以Ⅰ勘探线为界,左岸深裂缝发育密度、延伸长度、张开宽度均呈现出从上游至下游越来越强的特点。坝线在Ⅱ线和Ⅱ1线时,坝基下无张开宽度大于10cm的Ⅰ、Ⅱ级深裂缝发育,仅有Ⅲ、Ⅳ级深裂缝。但是,坝线在Ⅱ线,拱端距SL11130m,距SL15250m,距空缝大于300m;坝线在Ⅱ1线,拱端距空缝距离小于300m。Ⅱ坝线距张开宽度大的Ⅰ、Ⅱ级深裂缝发育段及SL11距离都较Ⅱ1线大,深裂缝对拱坝的影响比Ⅱ1线弱。
3.2 f5(f8)断层的影响
f5断层从上游的解放沟坝址延入贯穿分布于左岸山体内,向下游终止于Ⅳ线下游约70m处高程1650m岸边,全长约1.8km。断层破碎带性状在不同部位、不同岩性中有所不同:在高高程砂板岩中破碎带宽度一般5~10m,主要由散体结构的岩屑、角砾及泥质物质组成;在中低高程大理岩中,破碎带一般宽1~3m,破碎带物质主要为胶结紧密的断层角砾岩和碎裂岩,沿断面局部有2~3cm的断层泥。
f5断层在拱座的建基面上出露,是影响拱坝的主要断层之一。目前Ⅱ坝线方案的拱座位于Ⅱ1~Ⅴ线之间,坝线下移后拱座将在Ⅴ线附近,此处为f5、f8断层交汇的地方(1700m高程PD24揭示),其影响带宽达20m左右,宽度大、性状差。再往下移,f5断层与煌斑岩脉交汇,影响带宽达15m、形成很差的岩带,因此,坝线下移使f5断层对坝基的影响增大。
3.3 左岸煌斑岩脉体
在建基面深部发育煌斑岩脉(X),厚度为2~3m,透水性强,遇水软化,变形模量很低,与拱端推力方向大角度相交,属拱端持力层,并可能构成拱端抗力体滑移楔块的侧移滑动控制面,或左岸绕坝渗流的集中通道,对拱坝坝肩稳定、变形、渗透均可能产生不利影响。
3.4 砂板岩的影响
砂板岩中构造结构面发育,除f5、f8断层规模较大外,还发育较多的小断层和层间挤压错动带,沿断层破碎带、层间挤压错动带形成弱~强风化夹层。强卸荷岩体底界最大水平深度达90m,弱卸荷岩体底界水平深度达120~160m。砂岩岩体中裂隙普遍松弛张开,岩体结构以碎裂结构和块度较大的块裂结构为主,部分镶嵌碎裂结构和薄层状结构,完整性差,结合较松弛~松弛,抗变形能力弱,属Ⅳ2级岩体,由于该部分岩体范围大、深度大,基础处理工程量和难度都大。
3.5 右岸f13、f14断层
出露于右岸建基面的f13、f14断层破碎带及影响带,风化较强,完整性差,局部夹断层泥,1670m高程以上,距离拱端较近且与拱端推力方向大角度相交,对拱坝的渗透、变形影响很大,需要进行适当的基础处理才可满足大坝变形和防渗的要求。
4 基础处理的主要思路
锦屏一级水电站普斯罗沟坝址河道顺直而狭窄,两岸谷坡高千余米,基岩裸露,岩壁耸立,为典型的深切V形河谷,正常蓄水位1880m时,水面宽约410m,宽高比仅为1.34,具备修建300m级高拱坝的优良的地形条件。但拱坝地质条件复杂,成为制约高拱坝设计及施工的关键技术问题之一。为此要高度重视坝基主要地质缺陷对大坝长期安全运行的影响,采取有效的、有针对性的工程基础处理措施。
根据锦屏一级拱坝的特点,从选坝、预可、可研、施工不同阶段揭示的工程地质条件,不断深化完善基础处理设计,其主要的设计思路如下。
4.1 基本原则
对坝址不良地质缺陷的处理,采取“先避让,后布置,再处理”的原则。
(1)采用三维线弹性有限元及三维线弹塑性有限元分析等数值分析方法,研究不同地质缺陷对拱坝体形、拱坝应力及变形、拱座的抗滑稳定和变形稳定以及基础的渗流控制等的影响程度,对拱坝影响重大的地质缺陷采取避让。
(2)在拱坝布置设计上,坝肩抗力体避开Ⅰ级、Ⅱ级的深部裂缝发育部位;尽量使大坝远离深部裂缝发育带;坝肩抗力体尽量避开f5和f8断层的交会处;尽量使拱坝布置在河谷相对狭窄部位。
(3)拟定各种地质缺陷的基础处理方案,运用数值方法进行敏感性分析,对单项础处理措施、不同工况组合综合基础处理措施对坝体应力及位移改善的影响程度分析,并开展地质力学模型试验研究,选择确定安全、合理、经济的基础处理方案。
4.2 基础处理要求
根据锦屏一级拱坝的特点和综合分析,对基础的主要要求有:
(1)工程的基本要求是安全可靠,运行健康。要保障拱坝具有良好的工作性能及适用性能(适用性);在偶然事件发生时与发生后,保持必需的整体稳定性(安全性);具有足够的长期耐久稳定性(耐久性);高坝大库还应重视考虑到下游生命财产的安全(公共安全)。
(2)拱坝基础要有足够的承载能力、刚度、整体性及均匀性,能够承受可能出现的各种荷载作用,以保证拱坝结构的安全。
(3)拱坝两岸坝肩岩体要有足够的稳定性,以保证坝肩稳定的安全。
(4)拱坝两岸要有足够的抗渗性,以防止基础在长期渗流作用下的破坏,保证拱坝结构和坝肩稳定的安全。
4.3 通过拱坝体形优化改善地基的适应性
拱坝与地基是相互作用的,坝址存在诸多不良的地质缺陷,为尽可能减少不良地质缺陷对拱坝的影响,在拱坝体形的优化中,重在考虑改善拱坝对地基的适应性。
(1)在拱坝体形设计中,考虑适当提高坝体的整体刚度,以提高拱坝的整体安全度;避免拱坝周边突变,减少坝基局部应力集中;在满足坝体强度要求的前提下,力求坝体应力、位移状态良好,并尽量采用扁平拱布置,使拱推力转向山体内部,改善坝肩稳定条件;控制上游倒悬,改善施工期应力条件;通过合理体形敏感分析,选择大坝的应力与变形变化幅度合理、具有较强适应坝基变模变化能力的拱坝体形。
(2)在拱坝应力控制标准上,由于锦屏一级拱坝高达305m,已超出拱坝规范的应用范围,加之地质条件复杂,拱坝应力控制选择偏于安全的控制标准:容许压应力≤8.0MPa;上游坝面容许拉应力≤1.2MPa,下游坝面容许拉应力≤1.5MPa;有地震组合时,按《水工建筑物抗震设计规范》规定,用分项系数控制。
(3)适当扩大坝与基础的接触面,减小坝基应力,改善坝基的承载能力。其主要方法是通过设置坝基垫座、增设上下游坝面贴角、坝基面软岩局部置换及灌浆等措施来实现。
4.4 采用综合的基础处理方法
从改善基础承载能力及整体性、改善坝肩稳定性、改善抗渗性等方面综合考虑,坝址不良地质缺陷的处理应采取“综合处理”的方法。
通过多种方法的数值计算分析及地质力学模型试验,对锦屏一级拱坝基础处理措施及其效果、基础处理措施对大坝受力性态的影响、坝基渗流场、坝肩稳定、边坡稳定等问题进行综合论证,选择技术可靠、经济合理的综合基础处理方案。综合基础处理方案主要包括以下措施。
(1)左岸混凝土垫座。左岸上部Ⅳ2级岩体经固结灌浆处理以后仍不能直接作为建基面岩体。经过对重力墩、传力墙和混凝土垫座等方案的综合比较,最后推荐采用混凝土垫座形式。垫座重点将1730m高程以上的f5断层和卸荷发育严重的砂板岩挖出,采取混凝土垫座进行置换处理,垫座设置高程范围为1730~1885m。
(2)左岸抗力体固结灌浆处理。拱坝左岸拱座中上部高程抗力体部位,存在有大量的Ⅲ、Ⅳ级深部裂缝和波速较低的Ⅳ2级岩体,该岩体普遍松弛张开,变形模量低,抗变形能力弱,对拱坝的变形影响很大,是造成锦屏一级拱坝两岸变形不对称的主要因素。从加强地基刚度、提高地基抗变形能力,必须对抗力体一定范围内的岩体采取灌浆处理措施,以避免有害变形的发生,确保工程安全。按灌浆处理部位的差异,可分为三个部分:拱端抗力体Ⅳ~Ⅲ1级岩体的固结灌浆;f5、f8断层及煌斑岩脉未被混凝土置换部分的固结灌浆;深部裂缝的固结灌浆。固结灌浆高程范围在1635~1885m间。
(3)f5(f8)断层、煌斑岩脉混凝土网格置换。f5(f8)断层、煌斑岩脉距离左岸拱端较近,且与拱端推力方向大角度相交,与拱端的变形稳定关系密切。固结灌浆试验成果表明,煌斑岩母体软弱,遇水软化,灌后其声波速度、钻孔变形模量及现场承压板法变形模量仍然较低,通过灌浆难以提高其物理力学指标。断层破碎带中糜棱岩存在也影响了固结灌浆的效果。因此该部位采用了混凝土网格的形式对抗力体内f5(f8)断层、煌斑岩脉进行局部置换。
(4)f13、f14断层混凝土网格置换。f13、f14断层距离右岸拱端较近,且与拱端推力方向大角度相交,与拱端的变形稳定关系密切。同时断层中夹有糜棱岩,固结灌浆效果不理想。因此采用了混凝土网格的形式对其在抗力体内的部分进行局部置换,同时在未被混凝土置换部分的固结灌浆。
(5)对在建基面出露的其他断层的处理。左岸f2断层及右岸f18断层,在建基面上出露高程较低,且其产状与拱间槽近于垂直,对坝体变形影响较小。本阶段在建基面上采用混凝土塞进行置换,同时从加强防渗考虑,在其与大坝防渗帷幕相交的部位进行加密灌浆。
(6)建基面固结灌浆。坝基岩体以Ⅱ~Ⅲ1级为主,局部为Ⅲ2级;左岸1820m高程以下为大理岩,以Ⅲ1级岩体为主,1820m高程以上为砂板岩,在建基面上出露的岩体以Ⅲ2级为主,局部为Ⅳ2级岩体。为提高Ⅲ2级、Ⅳ2级岩体的变形模量,满足高应力和稳定的要求,同时也为解决高应力区开挖卸荷引起的地应力释放造成的建基面岩体的松动、松弛和浅表层由于爆破震动对岩体造成的损伤等问题,对建基面进行全面积的固结灌浆处理。
(7)建基面接触灌浆。基础混凝土浇筑后,对于开挖坡度大于45°的坡面,混凝土和基岩面接触面通常须采用接触灌浆进行处理,以增加接触面的抗剪强度及抗渗性能。基础接触固结灌浆主要通过结合固结灌浆和帷幕灌浆的方式进行。
(8)左岸抗剪传力洞。分别在拱坝垫座后布置抗剪传力洞,穿过黄斑岩脉及破碎的Ⅲ2级、Ⅳ2级岩体,其中1730m高程布置2条、1785m高程布置2条、1829m高程布置1条。
(9)水泥化学复合灌浆。进行局部化学复合的原因:①锦屏一级拱坝有多条断层从坝基下部穿过大坝的防渗帷幕,严重威胁大坝的渗空安全。历史经验和现场试验证明,无论是普通水泥或超细水泥,都无法解决与断层泥的良好黏结问题,仅靠水泥灌浆无法取得预期效果,在库水位的高压渗透作用下,帷幕极易破坏,须采用水泥化学复合灌浆来进行处理,以提高断层带防渗帷幕的防渗、强度、耐久性;②要防止基础的过大变形,在坝基及坝肩抗力体内有重大影响抗滑稳定安全的断层区域,当水泥灌浆不能满足要求时,须采用水泥化学复合灌浆来进行处理;③采用传统的基础处理方法存在其他影响工程安全时(如右岸f14断层1670m高程以下坝基帷幕处理,采用原防渗斜井开挖的话将危及施工期右岸导流洞的安全运行),采用传统的基础处理方法不能解决工程问题时(如左岸的f2断层,开挖会带来边坡安全问题,经试验水泥灌浆基本没有效果,高压冲洗灌浆效果有限),须考虑采用水泥化学复合灌浆;④拱坝为300m级特高拱坝,从200m级高拱坝到300m级特高拱坝,工程规模及设计理念均发生了质变,存在许多尚未认知的问题,鉴于目前对特高拱坝认识和研究等方面的局限性,应特别重视特高拱坝运行的安全性。
从解决关键工程问题和经济合理综合考虑,水泥化学复合灌浆重点的应用部位是:
1)穿越坝基下部附近的断层破碎带、煌斑岩脉和层间挤压错动带等软弱岩带防渗帷幕处理:①左岸煌斑岩脉1885~1829m高程之间防渗帷幕;②左岸f5断层1670m高程以下防渗帷幕;③左岸f2断层及层间挤压错动带与坝基帷幕相交区域;④河床f18断层、煌斑岩脉与坝基帷幕相交区域;⑤右岸f13断层与坝基帷幕相交区域;⑥右岸f14断层1670m高程以下与坝基帷幕相交区域。
2)拱坝抗力体软弱岩带水泥灌浆灌后补强处理:①左岸抗力体f5断层置换网格加密灌浆区;②左岸抗力体范围内f2断层及层间挤压错动带部位;③煌斑岩脉置换网格加密灌浆区;④右岸f14断层置换网格加密灌浆区;⑤河床坝基f18断层、煌斑岩脉加密灌浆区。
3)细微裂缝部位水泥灌浆不满足要求的防渗帷幕补强处理局部区域。
5 基础处理的主要实践
锦屏一级水电站工程规模巨大,正常蓄水位时,坝体承受总水推力近1200万t。由于拱坝特高、泄洪流量大、地震烈度高,坝址区断层、层间挤压错动带、节理裂隙等构造结构面发育,坝区左岸坡体内存在深部裂缝,卸荷强烈。拱坝设计、基础处理等技术问题比较复杂,难度高。针对锦屏一级大坝基础处理,成勘院高度重视,先后开展了大量的勘察设计及试验研究工作,通过不断的认识和深化,全面和较好地完成了复杂地基条件下锦屏一级高拱坝基础处理设计。
2001年6月,在锦屏一级水电站可行性研究之选坝设计研究阶段,完成了《普斯罗沟拱坝基础处理设计专题报告》,明确了普斯罗沟坝址地形地质具备修建高拱坝的建坝条件;对坝址不利的地质构造,采取“先避让,后布置,再处理”的原则;针对坝址存在的不良地质构造所带来的局部影响,进行了客观科学的评价,找出关键部位,初步提出相应的基础处理措施;建议后续补充开展三维地质力学模型试验和坝基岩体固结灌浆试验工作,对岩体力学参数进行深入分析研究及论证,进一步完善和优化基础处理设计,落实基础处理的设计技术方案和施工技术措施。
2001年11月,编制了《锦屏一级水电站拱坝基础软弱岩体固结灌浆试验研究大纲》,邀请中国水利水电科学研究院、中国水利水电基础工程局,联合开展雅砻江锦屏一级水电站拱坝基础软弱岩体固结灌浆试验研究。
2003年9月,完成了《锦屏一级水电站可行性研究报告 工程布置及建筑物 专题9拱坝基础软弱岩体固结灌浆试验研究专题报告》,重点对左岸受Ⅲ、Ⅳ级深部裂缝影响的碎裂结构的Ⅳ2级大理岩岩体及受Ⅳ级深部裂缝影响的弱风化煌斑岩脉Ⅳ2级岩体开展了灌浆试验研究。灌后岩体声波、变形模量、完整性系数力学性质得到了明显的改善。通过对灌浆后的岩芯检查,取芯样进行磨片鉴定,结果表明岩体可灌性好,裂隙中水泥结石充填率高,充填较密实~密实,水泥结石的主体呈青灰色,微密、坚硬。透水性大大地降低,灌前岩体钻孔漏水严重,钻孔单孔声波测试资料不完全,而灌后钻孔单孔声波资料齐全,所测点数多,规律性好。灌后消除或大大减少了各级岩体的低波速点,波速值的标准差大大降低。说明通过灌浆,岩体的均匀性显著提高,并且可以改善深部深部裂缝和以碎裂岩为主的断层破碎带的性状。但是f5(f8)断层糜泥岩、煌斑岩本身,通过灌浆难以提高其物理力学指标。根据抬动和压力技术分析,锦屏一级水电站基础软弱岩体固结灌浆试验,控制地表抬动在0.2mm,岩体在所使用灌浆压力作用下处于小变形和小应力状态,岩体在灌浆压力下不会产生拉裂破坏。控制地表抬动变形,采用尽可能高的灌浆压力,实施高压固结灌浆,是获得变形模量大幅度提高的关键且有效的技术。
2003年9月,完成了《锦屏一级水电站可行性研究报告 工程布置及建筑物 专题5拱坝基础处理设计专题报告》,专题通过多种方法的分析,对锦屏一级拱坝基础处理措施及其效果、基础处理措施对大坝受力性态的影响、坝基渗流场、坝肩稳定、拱坝上下游开挖边坡稳定等问题进行了论证,提出了混凝土垫座方案、左岸抗力体高压固结灌浆、f5(f8)断层下部局部混凝土井硐网格置换和深部固结灌浆、抗剪传力洞等综合提高左岸地基刚度及均匀性的基础处理措施,提出了在正常大坝防渗帷幕的基础上,对f5、f8、f13、f14断层和煌斑岩脉采用防渗斜井及深部加密固结灌浆以增强防渗是必需的。
2004年12月,提出了《锦屏一级水电站拱坝基础弱卸荷岩体固结灌浆试验研究大纲》。2005年8月,针对左岸中上部砂板岩卸荷区域,在基础处理招标设计前,完成了《锦屏一级水电站拱坝基础弱卸荷岩体固结灌浆试验研究总报告》,灌浆试验成果表明,对于砂(板)岩Ⅳ2类岩体,通过采用普通水泥材料和高压灌浆技术,达到了设计要求的力学指标,采用普通水泥材料和高压灌浆技术加固砂(板)岩Ⅳ2类岩体是可行的。鉴于工程地质条件较复杂,涉及不同的灌浆对象,建议在大面积固结施工时,根据基础开挖等情况进行生产性的灌浆试验仍然是必要的,对特殊岩体可作进一步的灌浆试验研究。
2006年4月,完成《锦屏一级水电站拱坝基础处理招标设计报告》。2006年6月,完成《锦屏一级水电站左岸基础处理工程(CV标)招标文件》。
2006年4月,提出了《锦屏一级水电站拱坝基础软弱岩带化学灌浆试验研究大纲》,针对距左岸拱端较近、影响拱坝稳定及抗渗性的f5断层和煌斑岩脉,确定开展水泥化学复合灌浆研究。完成了对水泥化学复合灌浆的技术策划,明确了试验目的、指导思想、技术要求、工作内容、试验方法,检测手段、评价指标等内容。
2009年12月,完成了《锦屏一级水电站拱坝坝基固结灌浆方案研究咨询报告》,重点针对拱坝河床12~16号坝段坝基固结灌浆原设计方案采用有混凝土盖重灌浆改为无盖重灌浆方案进行了深入的分析论证。主要意见认为锦屏一级拱坝建基面岩体质量较好,一般为Ⅱ级和Ⅲ1级岩体,坝基回弹变形不明显,采用无盖重灌浆是可行的。通过对温度应力以及对工期的影响分析,综合研究分析后认为:坝基固结灌浆具备无盖重灌浆的条件,对无盖重灌浆质量较差的浅表部采取加强灌浆的方式进行弥补,同时有利于混凝土温度控制和防裂。调整后的主要内容有:①河床12~16号坝段基岩采用无盖重灌浆加有盖重加强灌浆;②河床12~16号坝段的无盖重固结灌浆在混凝土开浇时尚未完成的部分采用有混凝土盖重灌浆;③两岸陡坡坝段(除垫座建基面)采用无盖重灌浆加引管有盖重加强灌浆;④垫座建基面采用灌浆廊道内有盖重辐射孔固结灌浆;⑤对局部灌后检查效果未能达到设计要求的部位进行有盖重补强灌浆。
2010年7月,完成了《锦屏一级水电站左岸抗力体固结灌浆生产性试验评价报告》,评价了试验工作满足《锦屏一级水电站左岸基础处理工程抗力体固结灌浆施工技术要求》和《锦屏一级水电站左岸基础处理工程抗力体固结灌浆生产性试验技术要求》的相关规定,试验成果为灌浆设计、施工参数,施工工艺等积累了可贵的资料,为左岸抗力体固结灌浆施工提供了依据。
2010年8月,完成了《锦屏一级水电站化学灌浆试验效果评价及应用设计报告》,水泥化学复合灌浆试验工作取得了较为丰富的成果。f5断层通过水泥化学复合灌浆后力学指标有不同程度改善。f5断层破碎带变模值灌前后测试值极少,仅有数据显示,水泥灌浆后,f5断层破碎带孔内变形模量可达2.7GPa左右,化学灌浆28天后f5断层破碎带孔内变形模量1.6~3.1GPa,化学灌浆56天后f5断层破碎带孔内变形模量2.8~5.0GPa,与水泥灌浆后相比,孔内变形模量有较大提高。表明随凝期增加,化灌处理后f5断层破碎带强度等物理力学性能增加较大。同时岩体透水性显著改善。经水泥化学复合灌浆后,煌斑岩脉软弱岩带的物理力学性能得到了有效改善。煌斑岩脉水泥灌浆后孔内变形模量由灌前的0.72GPa提高到灌后的1.44GPa,化学灌浆后孔内变形模量由灌前的0.72GPa提高到灌后30天的3.52GPa,提高幅度达390%。同时,岩体透水性显著改善。建议进一步对化学灌浆浆材进行多种配方研究,找到能显著改善软弱岩体变形模量的化学浆材。同时提出锦屏一级工程水泥-化学复合灌浆的设计应用范围。2010年11月,完成了《雅砻江锦屏一级水电站化学灌浆招标设计报告》。
同时,在历次的锦屏一级特咨团咨询活动中,拱坝的基础处理是关注的重点,每次咨询成勘院均提交了以不同阶段所相应内容的基础处理专题报告,特咨团专家们提出了许多宝贵意见,为复杂地基条件下的锦屏一级水电站高拱坝基础处理提供了强大的技术支持。
6 结语
目前锦屏一级水电站已经完成初步发电蓄水,首批两台机组已于2013年8月30日投入商业运行。从目前现场检查、监测和初步运行的情况来看,对复杂地基条件下的高拱坝基础处理是比较成功的,取得了许多重要的经验及突破。其中比较突出的有以下方面:
(1)实施的左岸混凝土高垫座处理方案,有效地改善基础承载能力、刚度。
(2)左岸抗力体高压固结灌浆技术,是获得变形模量大幅度提高的关键且有效的技术。
(3)拱坝坝基固结灌浆由有混凝土盖重灌浆改为无盖重灌浆方案实施比较成功,同时为大坝施工争取了约4个月的工期,加快了工程的进度。
(4)水泥化学复合灌浆在复杂地基的应用上比较好的成功经验,较好地解决了复杂地基条件下局部的技术难题,对传统的基础处理方法不能解决工程问题提供了有效的补充。
(5)断层混凝土网格置换及断层加密灌浆对改善软弱岩体的物理力学指标及高水头下长期抗渗能力,是针对性较强的有效方法。
(6)抗剪传力洞将拱坝荷载传过软弱岩带,对防止软岩产生过大的压缩变形有一定的效果。
锦屏一级拱坝的基础处理设计及施工实践,较好地解决了复杂地质条件下制约混凝土高拱坝建设关键技术问题,提高了混凝土拱坝基础处理的技术水平,造就了科研、设计及施工技术人才,其经验与成果对推动和促进混凝土高拱坝的建设,具有较高的借鉴价值和深远意义。