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锦屏一级水电站左岸抗力体地质缺陷及加固处理技术研究

王胜  
【摘要】: 坝肩抗力体是维持拱坝稳定的关键部位,其稳定性是拱坝建设中的关键工程地质问题之一,坝肩地质缺陷的存在可引起岩体的承载力不足、抗变形能力差,从而导致坝体的变形甚至失效,直接威胁水电站的正常运营。因此,在对坝肩抗力体地质缺陷研究的基础上,建立一套加固处理技术方法体系,对水电站工程建设具有较强的指导意义。本文以锦屏一级水电站左岸抗力体为工程背景,从工程地质条件着手,紧扣岩体结构特征,进行地质缺陷工程地质研究;根据地质缺陷对拱坝和坝肩稳定的影响分析,确定缺陷体的加固处理措施,针对主要的加固措施(缺陷体网格置换和缺陷体固结灌浆)进行专门的技术研究,所获得的研究成果应用于现场实际工程,并就存在的问题和不足进行优化和完善。以理论为基础,以工程应用为目的,构成了复杂地质条件下高拱坝坝肩(基)地质缺陷(体)及加固处理技术研究比较完整的理论与实践体系。主要研究成果体现在以下几个方面: (1)在把握研究区工程地质条件基础上,结合结构面成因、结构面工程地质分级、结构面的现场调查,将锦屏一级左岸抗力体主要发育的结构面概化为断层、层间挤压错动带和基体裂隙三类,对其进行工程地质分析,获得了各类结构面的空间分布规律及物质组成特征。对左岸抗力体岩体结构划分为厚层~块状结构、中厚层状~次块状结构、次块~镶嵌结构、块裂~碎裂结构、板裂~碎裂结构和碎裂~散体结构六种类型。 (2)在拱坝基础地质缺陷理论分析基础上,根据左岸抗力体前期勘探及施工期5层基础处理洞室开挖揭示的工程地质条件,结合坝基岩体质量分级标准,先进行野外岩体质量初步分级,再结合钻孔声波、孔内变形模量、RMR分类统计等手段,综合岩性、地质构造、岩体结构、嵌合紧密程度及风化卸荷、深部裂缝的发育程度等地质特征,对左岸抗力体岩体质量进行综合评价,获得了各级岩体的工程地质特征及其空间展布规律。 (3)在岩体质量综合评价基础上,对左岸抗力体地质缺陷划分为断层破碎带、层间挤压错动带、煌斑岩脉、深部裂缝、Ⅳ2级岩体、Ⅲ2级岩体等六种基本类型进行详细的工程地质特征分析,获得了各类地质缺陷的空间分布规律、物质组成、物理力学特征等。 (4)分别对地震层析成像技术和智能钻孔全景图像技术在左岸抗力体地质缺陷评价中的应用进行了分析。分析结果表明,地震层析成像和智能钻孔全景图像结果与现场的岩体质量具有较好的对应关系,地质缺陷在地震层析成像和智能钻孔全景图像结果中得到了较好的体现。 (5)在缺陷体网格置换技术研究中,从置换网格开挖、支护、衬砌、灌浆与混凝土回填等方面进行了较为系统的分析研究。鉴于置换网格特别复杂的地质条件及施工技术特点,确定了置换洞开挖“预灌浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤监测”,斜井开挖“先超前灌浆、后导井开挖、再边扩边衬、全过程监测”开挖支护原则。安全监测结果表明所采取的工程措施行之有效。从而构成了以锦屏一级左岸抗力体f5(f8)断层、煌斑岩脉为工程背景的网格置换技术比较完整的技术体系。 (6)按灌浆技术特点、灌浆材料、灌浆方法的差异对抗力体固结灌浆进行了分区。然后分主灌浆区、控制灌浆区灌浆,深部裂缝灌浆和f5断层、煌斑岩脉灌浆三部分对其进行了较为系统的研究,构成了针对左岸抗力体地质缺陷固结灌浆比较完整的技术研究体系,为不同类型地质缺陷的固结灌浆处理提供了可行的方案,并对其它复杂地质条件下坝肩(基)的灌浆加固处理具有借鉴意义。 (7)对P.O.42.5、P.O.52.5普通硅酸盐水泥浆液性能进行了试验研究,采用复合外加剂同时对水泥浆液凝结时间和早期强度进行改性,分别对LLS+FDN和CaCl2+SGJ-1两种复合外加剂方案进行了试验分析。在此基础上进行了湿磨细水泥浆液和稳定浆液的试验研究。 (8)针对主、控制灌浆区的工程地质特征,对“孔口封闭、孔内循环、分序加密、自上而下”高压固结灌浆在其中的应用进行了分析研究。对典型的Ⅳ2级岩体现场灌浆试验进行了分析。针对灌浆质量检查中存在的一些问题从灌浆材料、灌浆参数、灌浆方法及灌浆效果检查等方面进行了优化建议。 (9)针对左岸抗力体深部裂缝灌浆技术特点开展了水泥-水玻璃控制性灌浆技术研究。从胶凝时间和强度变化规律对水泥-水玻璃浆液进行了试验分析,对初凝时间为5min的水泥-水玻璃浆液进行了配方设计;针对深部裂缝及水泥-水玻璃浆液的特点,提出对深部裂缝采取“双液孔口混合式”水泥-水玻璃灌浆方法,采用“自上而下、孔口封闭、纯压式”施工工艺。 (10)针对f5断层、煌斑岩脉灌浆技术特点开展了水泥-化学复合灌浆技术研究。在水泥-化学复合灌浆机理分析基础上,确定了灌浆处理程序和总体方案,对水泥-化学灌浆材料、灌浆方法进行了分析。对f5断层和煌斑岩脉水泥-化学复合灌浆现场试验进行分析研究。根据灌浆质量检查结果,从灌浆材料、灌浆参数和灌浆效果检查等方面提出了优化建议。


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