1 壩址工程地質(zhì)特征

　　壩址區(qū)基巖以中粗粒花崗巖為主，細粒閃長巖次之。建基巖面利用巖體為微新巖石，局部為弱風化下部巖體。建基巖體工程地質(zhì)條件較好，優(yōu)質(zhì)、良質(zhì)巖體約占98%.RQD值一般70%～90%，變形模量一般為20—30Gpa，縱波速度4300～5500m/s，透水性弱，透水率小于lLU約占80%.

　　壩區(qū)經(jīng)歷多次構造變動，斷層構造巖出露面積約占建基面積的2%.以F2、F9、F23為代表的壓性斷層為主，構造巖石多為碎裂巖，一般膠結良好；以F215、F548、F65為代表的張性斷層次之，構造巖膠結較差，風化較強，少數(shù)呈松散狀態(tài)。

　　裂隙以傾角大于60°的陡傾角為主，占75%以上；傾角30°～60°的中傾角裂隙占10%；緩傾角裂隙占13%.裂面以壓扭性為主，裂面平直，閉合狀、無充填、膠良好，裂隙長度一般2～5m，規(guī)模大者10～20m，極少數(shù)長度超過30m，間距一般2.5～3.5m，張性裂隙不發(fā)育、裂隙粗糙、微張開狀，長度多小于10m.

　　此外，由于壩基開挖，建基面淺部巖體受卸荷及爆破影響，不同程度的損傷，局部巖塊松動。

　　從總體上看，三峽大壩基礎工程地質(zhì)優(yōu)良，大壩基礎設計及基礎處理中，一方面應考慮如何充分利用壩址優(yōu)良的地質(zhì)條件，盡量節(jié)約工程投資；另一方面要對地質(zhì)缺陷部位、裂隙發(fā)育部位的不良巖體進行妥善處理。

　　2 大壩基礎固結灌漿設計簡述

　　設計采用常規(guī)布孔與重點加固相結合的原則。

　　2.1 固結灌漿的范圍

　　一般范圍為壩踵、壩址各l/4壩基寬度，并對主體防滲帳幕迎水側的一排或兩排固結孔適當加深；對壩基范圍內(nèi)出露的規(guī)模較大、性狀較差的斷層、巖脈、裂隙密集發(fā)育帶等缺陷部位采用重點加固處理；對壩基特殊部位、高陡邊坡部位視實際情況布孔。

　　2.2 設計參數(shù)

　　一般部位孔距2.5×2.5m，孔深入基巖；5～6m；主帷幕前的兩排孔距2.0×2.0m，孔深入基巖10～20m；地質(zhì)缺陷部位或有特殊要求的部位孔排距2.0×2.0m，孔深入基巖8～15m.灌漿壓力一般0.3～0.5Mpa.

　　2.3 施工方案

　　以常規(guī)有混凝土蓋重灌漿方式為主，對具備采用無混凝土蓋重方式施工條件的部位，可采用無混凝土蓋重方式施工。有混凝土蓋重方式施工一般要求混凝土厚度不少于3.0m.采用分序加密，自上而下分段鉆灌。

　　3 無混凝土蓋重固結灌漿的可行性及其實施

　　3.1 無混凝土蓋重固結灌漿的可行性

　　本次共做了三組無蓋重固結灌漿試驗，第一組位于臨船上航道F7斷層出露部位，第二組位于右岸導流明渠三期下游橫向圍堰處，第三組為左廠4—1乙塊生產(chǎn)性試驗。三組試驗分別代表不同的地質(zhì)條件：斷層破碎帶、裂隙發(fā)育帶及一般地段。盡管所處地質(zhì)條件不同，巖石透水性、吸漿量差別較大，但通過無混凝土蓋重固結灌漿試驗之后，巖體的強度，整體性得到了較大的改善，具有如下特點：

　　1）單位透水率和單位注入量，隨著灌漿次序的增加，均有顯著的降低（見表1）；單位注入量和單位透水率較大的段數(shù)頻率隨著灌漿次序增加而減少；斷層帶、裂隙發(fā)育帶遞減幅度相對較大。灌漿后檢查孔的單位透水率小于3Lu占90%以上，透水宰大于3Lu的孔段均位于試驗區(qū)的邊緣。

　　2）灌后巖體整體性、均質(zhì)性得到加強，力學性質(zhì)得到改善。單孔聲波波速值均能達到5000～5500m/s，跨孔地震波值4500m/s，聲波值提高3%～45%不等。灌前聲波值在5100～5500m/s，灌后提高3%；灌前聲波值在4500～5000m/s，灌后可提高5%～12%；灌前聲波值小于4500m/s.灌后均能提高10%以上；灌前聲波值越低提高幅度越大。灌后巖體的彈性模量，除個別幾段外，可達20GPa以上，一般提高3～10Gpa.

　　3）無混凝土蓋重固結灌漿過程中有時發(fā)生串、冒、漏漿現(xiàn)象，但經(jīng)過濃漿封堵、降壓、間歇、待凝等措施后，均達到了結束標準，符合技術要求。

　　4）在灌漿過程中不同程度地產(chǎn)生水力壓裂、抬動。但抬動 值不大于200UM，在設計允許值范圍之內(nèi)。少數(shù)裂隙即使在壓水、灌漿過程中產(chǎn)生水力壓裂，但最后能得到較好的灌注。

　　5）第一組、第二組無混凝土蓋重固結灌漿試驗，基巖面未達到大壩建基面要求，淺層巖石較破碎，清基不徹底，找平混凝土沒經(jīng)過嚴格振搗，混凝土與基巖面膠結較差，這些都是第一段單位透水率、注入量偏大及蓋板裂縫抬動的主要原因。

　　綜上所述，經(jīng)過無混凝土蓋重固結灌漿后，巖石得到了較大的改善，單位透水率、縱波速度、彈性模量都能達到設計要求值。因此，我們認為無混凝土蓋重固結灌漿，除有特殊要求的部位外，在技術上是可行的。

　　3.2 無混凝土蓋重固結灌漿的優(yōu)缺點

　　本次試驗無混凝土蓋重是在找平混凝土上進行的，有蓋重是在3m厚的混凝土上進行的。從試驗資料分析，基巖的灌漿效果及是否抬裂主要與巖石本身的工程地質(zhì)條件和灌漿壓力有關，而與有無混凝土蓋重關系不明顯。3m左右的混凝土蓋重板真正起的作用不大，阻止水力壓裂和控制抬動是有限的，并且發(fā)生抬動后處理是很困難的。3m厚混凝土與找平混凝土所起的主要作用都是嵌縫堵漏，約束巖面表面裂隙張開。與有混凝土蓋重固結灌漿比較，無混凝土蓋重固結灌漿有如下優(yōu)缺點。

　　主要優(yōu)點：

　　1）解決了澆筑與固結灌漿相互干擾的矛盾，加快施工進度。

　　2）避免了有混凝土蓋重固結灌漿蓋板的抬動與處理困難。

　　3）避免了有混凝土蓋重固結灌漿蓋板混凝土層面長時間暴露而產(chǎn)生溫度裂縫及繼續(xù)澆筑時新老混凝土變形不一致的問題。

　　4）易于觀察巖石表面的串、冒漿等問題，便于及時處理。

　　5）避免鉆壞混凝土內(nèi)埋設的冷卻水管、受力鋼筋、測試儀器等構件。

　　6）節(jié)省直接鉆混凝土或預埋導管的費用。

　　主要缺點：

　　1）由于巖石表面無蓋重，不能采用大的灌漿壓力，致使一部分需要較大壓力才能灌漿的細小閉合裂隙，沒有得到很好的灌注。

　　2）在裂隙發(fā)育地段，易產(chǎn)生冒漿、串漿尤其是周邊孔段，需采取一些封堵措施才能完成灌漿工作。

　　3）找平混凝土不易震搗、質(zhì)量難以保證。因此找平混凝土的質(zhì)量和與基巖的膠結緊密程度是進行無混凝土蓋重固結灌漿首先要解決的問題。

　　3.3 無混凝土蓋重固結灌漿的實施

　　無混凝土蓋重固結灌漿的優(yōu)越性是顯而易見的，其不足是可以通過一些措施克服的，下面就怎樣實施提出建議。

　　3.3.1 無混凝土蓋重固結灌漿部位的選定

　　按設計要求兼輔助帷幕防滲的固結灌漿部位，地質(zhì)缺陷部位，陡直立邊坡部位要求采用有蓋重固結灌漿，但混凝土澆筑是按塊劃分，兼輔助帷幕防滲的固結灌漿孔與一般固結灌漿孔位于同一壩塊，地質(zhì)缺陷部位是局部的，所以在兼輔助帷幕防滲的固結灌漿孔，地質(zhì)缺陷部位采用有蓋重，其他部位采用無蓋重是難以操作的。為解決這一矛盾，在今后施工中可以兼輔助帷幕防滲的固結灌漿孔移到帷幕灌漿廊道內(nèi)施工，對地質(zhì)缺陷進行妥善處理后，再進行無混凝土蓋重固結灌漿。

　　壩址基巖優(yōu)良巖體占98%以上，斷層碎裂巖體不足2%，所以大面積地進行無混凝土蓋重固結灌漿是有條件的。

　　3.3.2 關于無混凝土蓋重固結灌漿的壓力

　　灌漿壓力的使用至關重要。壓力偏小，巖體得不到很好的灌注；壓力偏大，會引起水力壓裂和抬動。因此應在不引起水力壓裂和抬動的原則下，盡量使用較大的灌漿壓力，即最佳灌漿壓力，這個最佳灌漿壓力往往是由巖體本身工程地質(zhì)特性確定，不是由巖體的上覆壓力確定。

　　根據(jù)巖體裂隙的大小，張開程度、滲透性、可灌性，三峽壩基巖體大致可以分為Ⅳ類。

　　I類是寬大裂隙。裂面張開，伸延一般大于10m，透水性強、大于101u可灌性好、注入量大于20～15kg/m，在低壓力下（0.1Mpa）吸漿量很大，此類裂隙不發(fā)育，起著導水作用，是首要灌注對象，不需用多大壓力（0.1～0.3Mpa）就能取得良好的灌注效果。

　�、蝾愂禽^大的無充填閉合裂隙，因卸貨、爆破影響后張開的閉合裂隙，短小的張性裂隙。透水性中等，透水率3～101u，注入量5～20kg/m，一般在小區(qū)域內(nèi)自行封閉，開始吸漿中等，吸漿量逐漸減少，較快地達到結束標準。此類裂隙，在淺部較發(fā)育，一般在0.3～0.5Mpa壓力下就能得到較好的灌注，超過此壓力值，可能發(fā)生初步的水力壓裂和抬動。

　　Ⅲ類是細小的致密裂隙。充填膠結好，巖石原本不透水和透水輕微，透水率1～3Lu，吸漿量小，單位注入率小于5kg/m.

　　此裂隙較發(fā)育，在吸漿量較小的情況下，可以提高灌漿壓力到0.5～1.0MPa，一旦達到此壓力值而吸漿量仍不大，再進一步提高灌漿壓力，使原本閉合的裂隙張開，雖然灌了一些水泥，但要承受發(fā)生水力壓裂和提高滲透性的風險。

　　Ⅳ類裂隙是極致密的裂隙。原本不透水、不吸漿，能承受較高的灌漿壓力，極限壓力可能達到5Mpa，此類裂隙是不需要做灌漿處理的。

　　灌漿壓力應根據(jù)巖體的裂隙發(fā)育特征確定，而裂隙發(fā)育特征主要反映在巖體的單位吸漿量上，可以根據(jù)吸漿量確定灌漿壓力，在無混凝土蓋重固結灌漿時壓力與吸漿量關系如表2.

　　在實際操作過程中，第1序孔的第一段，往往吸漿量較大，首先應采用低壓0.1～0.3Mp，；使第Ⅱ序孔第一灌漿壓力可以適當提高，漸漸達到設計壓力值0.3～0.5Mpa；第二段最終灌漿壓力0.5～1.0Mpa，最大壓力不應大于1.0Mpa，見表3.

　　3.3.3 防止水力壓裂與抬動

　�、俜乐固Я炎铌P鍵的問題是壓力的使用，除上述根據(jù)巖體工程地質(zhì)特性控制灌漿壓力外，更應注意壓水試驗時，壓水壓力的控制，試驗表明壓水比灌漿更易造成水力壓裂與抬動，因為水是牛頓液體，能等值傳遞液體內(nèi)壓力，漿液是賓漢液體，不能等值傳遞液體內(nèi)壓力，隨漿液濃度的增加，壓力傳遞呈非線性遞減規(guī)律，且漿液在流動過程中能量損失比水要大得多。本次灌漿試驗，產(chǎn)生抬動的壓水壓力值為0.15～0.5Mpa，灌漿壓力0.3～1.0Mpa，一般是壓水產(chǎn)生抬動在先。壓水試驗只是測試巖體滲透性的一種方法，本身不能改善巖體滲透性，灌前壓水試驗壓力應降一級，按巖體透水率調(diào)整壓水壓力（見表4）壓水與灌漿時，升壓過程應緩慢，應分級調(diào)升。

　�、跒榱朔乐拐移交炷�土和蓋板的抬裂，第—段壓水與灌漿時，阻塞在混凝土上，應縱跨混凝土與基巖的接觸面阻塞，這樣，水與漿液是間接進入接觸面，可避免接觸面的張開。在緩傾角裂隙發(fā)育部位，可預先進行錨固處理。

　�、廴龒{壩基花崗巖強度高，彈性模量大，巖體抬裂在一定范圍內(nèi)（一般不大于200um）是可恢復的，且最終還是能得到較好的灌注密實，只要不造成混凝土與基巖接觸面、緩傾角裂面大面積地壓裂、抬動。輕微的抬、裂是不可避免的，也是允許的。

　　3.3.4 關于找平混凝土

　　本次所謂無混凝土蓋重灌漿都是在找平混凝土上進行的，找平混凝土的主要作用是阻塞基巖表面裂隙，防止?jié){液串冒，保證灌漿質(zhì)量，創(chuàng)造施工環(huán)境，免除廢棄漿液對建基巖面的污染，減少建基面清除難度�？紤]到建基面有起伏差，找平混凝土的澆筑，原則上是填平低凹的坑槽，對凸出的完整巖體應外露。找平混凝土可不分縫，但澆筑時應振搗密實，嚴格控制施工質(zhì)量。本次三組無混凝土蓋重灌漿試驗，找平混凝土全都出現(xiàn)了裂縫，裂縫的主要原因是找平混凝土厚薄不一，變形不—致，混凝土的質(zhì)量又沒有嚴格控制。在灌漿過程中，沿裂縫有冒、漏漿現(xiàn)象，使裂縫進一步擴寬。對出現(xiàn)裂縫的部位必須進行處理。對怎樣保證找平混凝土的質(zhì)量，須進一步研究，制定出具體切實可行的措施。

　　3.3.5 關于群孔灌漿

　　群孔灌漿可以進一步提高工效，加快施工進度，保證灌漿質(zhì)量，建議有條件的部位。采取群孔灌漿。

　　4 大壩基礎固結灌漿的優(yōu)化設計

　　三峽大壩基礎巖體本身力學性質(zhì)很好，可灌性差，按常規(guī)布置固結灌漿所起作用不大。據(jù)原勘測資料，臨船壩段、左廠壩段已收集到的固結灌漿資料初步統(tǒng)計，建基巖體70%以上聲波值大于5000m/s，地震波值大于4000m/s，壓水試驗呂榮值小于1Lu，單位注入量小于1～3kg/m，根據(jù)三峽大壩基礎巖體的工程地質(zhì)特性，直接利用優(yōu)、良巖體，盡量減少固結灌漿工作量，在最小費用下，最短的時期內(nèi)獲得最佳的灌漿效果，是三峽大壩基礎固結灌漿優(yōu)化設計的出發(fā)點，現(xiàn)就怎樣有效地進行優(yōu)化設計提出幾點建議：

　　1）基礎固結灌漿設計工作，應在大的原則下，作為動態(tài)設計工程項目予以安排。

　　2）固結灌漿的布置應針對開挖揭露建基面的地質(zhì)情況確定，施工地質(zhì)編錄的巖體彈性波檢測資料是優(yōu)化設計的重要依據(jù)，通過試驗可以歸納幾種布孔方案。

　�、賹�巖體完整性好，強度高，變形模量和彈性波速度達到設計要求的部位盡量減少或不布孔，重點布于固結兼輔助帷幕部位、斷層裂隙發(fā)育部位及對基礎有特殊要求的部位。

　�、趯σ话愕囟尾扇‰S機布孔方式，即根據(jù)裂隙發(fā)育情況，把鉆孔有意地布置在裂隙上；裂隙發(fā)育部位孔距加密，否則相反；對大的陡傾角裂隙，可考慮調(diào)整鉆孔方向，利于鉆孔有效地穿透裂面。

　　③地質(zhì)缺陷部位（特別是長大緩傾角結構面）是處理的重點，應采用綜合處理措施。

　　3）在施工過程中應進行分序優(yōu)化，根據(jù)I序孔的壓水、灌漿情況來確定優(yōu)化Ⅱ序孔的施工，根據(jù)Ⅱ序孔的壓水、灌漿情況來確定是否減掉檢查孔，把Ⅱ序孔的壓水試驗作為檢查孔。

　　4）重視、加強施工質(zhì)量、基礎驗收工作。

　　5 結語

　　經(jīng)前期勘測，灌漿試驗和灌漿施工資料綜合分析，考慮大壩基礎地質(zhì)條件與固結灌漿的施工條件，可以確認無混凝土蓋重固結灌漿優(yōu)于有混凝土蓋重因結灌漿，只要能保證找平混凝土的質(zhì)量，大范圍地進行無混凝土蓋重固結灌漿在技術上是可行的。但還需要制定具體的施工技術要求。根據(jù)建基巖面的工程地質(zhì)情況，動態(tài)優(yōu)化固結灌漿是一項省錢、省時又能獲得良好灌漿效果的工作，是十分必要的。