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湖北保康寺坪水电站面板坝软岩基础灌浆试验与技术优化研究

一、引言

1.1研究背景与意义

寺坪水电站位于汉江中游右岸支流南河上段粉清河上，坝址处于湖北省保康县寺坪镇肖家湾，距寺坪镇5km，距河口102.4km。该工程是大(2)型水利设施，以发电为核心功能，同时兼具防洪、灌溉、水产养殖以及库区航运等综合效益。水库正常蓄水位达315m，设计洪水位315.22m，校核洪水位317.56m，死水位294m，总库容2.69亿立方米，电站装机2×30MW，多年平均发电量1.72亿kW?h。其坝址控制流域面积2150平方公里，占据全流域的33%，多年平均流量30.5立方米/秒，多年平均径流量9.63亿立方米，设计洪水（P=0.2%）洪峰流量5700立方米/秒，校核洪水（P=0.02%）洪峰流量8020立方米/秒。

该水电站坝基岩体主要为页岩、砂质页岩，岩层产状走向280°，倾向NE，倾角82°，陡倾角裂隙发育。大坝趾板基础坐落于弱风化基岩之上，岩性表现出软弱特性，岩体湿抗压强度处于10-15MPa范围，具有中-弱透水性，渗透系数为2.7×10??-6.1×10??cm/s。岩石遇水浸泡后，强度受到显著影响，软化系数在0.60-0.80区间。基于此地质条件，工程的防渗设计标准明确规定：坝基280m高程以下段，岩石透水率q≤3Lu；坝基280m高程以上段以及两岸山体地段，岩石透水率q≤5Lu。

对于面板堆石坝而言，地基的稳固性和防渗性能对大坝的安全运行起着决定性作用。寺坪水电站坝基的软岩特性，给灌浆施工带来了诸多难题。一方面，趾板厚度仅0.5-0.8m，灌浆时其上的盖重较小，在压力作用下极易引发抬动破坏，致使趾板结构受损，影响大坝的防渗和整体稳定性；另一方面，水库运行水头较高，后期又缺乏维修补灌的条件，这就对防渗幕体的抗渗能力和耐久性提出了极高要求。从类似工程的灌浆施工经验来看，在软岩基础中，采用常规水泥浆材和工艺进行灌浆时，可灌性较差，常常出现吃水不吃浆的现象，难以达到预期的防渗设计标准，容易在防渗帷幕中留下抗渗透薄弱环节，从而对大坝的长期安全运行构成潜在威胁。

本研究针对寺坪水电站面板坝软岩基础开展灌浆试验，具有极其重要的意义。在实际工程应用方面，通过深入研究和探索，能够为寺坪水电站面板坝软岩基础的灌浆施工提供科学、合理的技术方案和参数，有效解决软岩基础灌浆中的难题，提高灌浆质量，增强坝基的防渗能力和稳定性，确保大坝的安全稳定运行，保障工程综合效益的充分发挥。从行业技术发展角度而言，由于在混凝土面板堆石坝趾板上对软岩地基进行帷幕灌浆的国内工程设计与施工经验稀缺，本研究成果可以丰富和完善软岩基础灌浆技术体系，为后续类似工程的设计与施工提供宝贵的借鉴和参考，推动灌浆技术在软岩地基处理领域的发展与进步。

1.2国内外研究现状

灌浆技术作为一项重要的地基处理手段，在水利水电工程中应用广泛。其历史可以追溯到19世纪初，1802年法国的CharlesBeringny采用冲击泵灌注粘土和石灰浆维修港口城市砌筑墙，这被视为首次灌浆应用。1884年英国的Hosagood在印度建桥时采用化学药品固砂，标志着化学灌浆的出现。1938年英国在汤姆逊隧道使用水泥作为灌浆材料，此后水泥灌浆逐渐成为主流。

在国外，灌浆技术不断发展，在材料、设备和工艺等方面取得了显著成果。在浆液材料上，除了传统水泥浆，还研发出各种化学浆液以及高性能复合浆液，以适应不同地质条件和工程需求。如在一些特殊工程中，使用环氧树脂、聚氨酯等化学浆液，其具有良好的粘结性和抗渗性，能有效解决细微裂隙的灌浆问题。灌浆设备也日益先进，高压灌浆泵、高速搅拌机、自动记录仪等的应用，提高了灌浆施工的效率和质量控制水平。在工艺方面，形成了成熟的高压灌浆、分段灌浆、循环灌浆等技术，通过精确控制灌浆压力、浆液流量和灌浆时间，确保灌浆效果。

我国灌浆技术研究起步相对较晚，20世纪50年代开始初步掌握该技术，1953年开始研究应用水玻璃作为灌浆材料。随着水利水电工程建设的蓬勃发展，灌浆技术得到快速发展。50年代末形成环氧树脂、甲基丙烯酸甲脂等灌浆材料，60年代出现丙烯酰胺灌浆材料，70年代末聚氨脂灌浆材料也开始应用。进入80年代后，各种材料在种类和性能上进一步拓展，干法、湿法细水泥和超细水泥、低水灰比稳定浆液、混合浆液等得到广泛应用。配套的施工技术、工艺、灌浆机具和检测手段也取得重大进展，如钻孔机具、高压耐磨阀门、止浆装置等的研发，以及从常规压水试验到声波监测、变形检测、电子显微镜等多种宏观和微观检测手段的应用，推动了灌浆技术的进步。

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