本文是一篇土木工程论文，本文通过引用固结灌浆施工试验，对固结灌浆法发展的背景、现状及发展前景进行了探讨，并分析了固结灌浆的基本理论。其中，通过溪洛渡水电站坝基 15#坝试验及检测，对孔位的布置、孔位的深度、孔位的声波检测、全景成像检测、渗透检测以及结果分析，实现了全面的质量分析。
1 绪论
1.1 选题来源
1.1.1 拱坝建设发展状况
作为水利资源丰富的国家之一，我国在水利能源利用方面取得了领先的成果，比如 2018 年统计水利资源利用量中发现，国内河流完成的水利开发量达到 6.6 亿千瓦，已经达到世界一流水平。随着国内一带一路政策的不断推动，西部清洁能源开发和利用逐步成为未来能源产业的重要方向，国内水利水电建设也得到前所未有的推动和发展，截止到 2018 年底，国内水利发电的装机容量已经达到 3.5 亿 KW。在当前水利能源利用率不断提升的过程中，水库大坝建设也成为水利工程建设的重要对象，国内近年来完成建设的水库大坝中，超出 300m 高度的拱坝已经超过了 870座。
水利拱坝结构是一种承载力高、耐久性好、建造技术成熟的典型坝体，在许多国家中得到广泛应用。比如，1936 年左右，美国的胡佛(Hoover)拱坝的建设完成，其坝体的高度达到 221m，也是当时世界长高度最大的拱坝结构体系，在施工方面，该工程所使用的施工技术是当时技术水平最高的拱坝结构。1990 年左右，国内建设的二滩水电站拱坝结构，高度达到了 240m。2000 年之后，国内许多拱坝结构高度达到了 300m 左右，如拉西瓦拱坝、溪洛渡拱坝结构等，国内拱坝设计与施工技术达到了世界先列。拱坝建设过程中，施工难点在于基础设计和地基处理技术的使用，良好的地基加固措施成为支撑大型拱坝结构得以顺利建造的重要前提[1，2]。
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1.2 灌浆技术研究现状
1.2.1 国外研究进展
根据国内外文献查找发现，固结灌浆技术最早使用约在 1802 年左右，该技术最初是由法国工程师 Charles Berigny 研发的，并将其应用到了第厄普即冲刷闸的加固处理之中以来，近代灌浆技术的真正发展是在 20 世纪 20 年代，经过多年的努力，固结灌浆技术逐步由发展阶段走向成熟，为工程实践中的应用和推广提供了可靠保障[7～9]。
固结灌浆材料的研发和应用发展可以划分为 4 个阶段，即从 1802 年至 1857年，为发展的初始阶段；从 1858 年至 1920 年左右是固结灌浆技术的发展阶段；1920 年至 1970 年，是化学固结灌浆材料的研发和使用的推广阶段[10]；从 1970 年至今，是多种固结灌浆材料的广泛应用和技术研发阶段。
固结灌浆施工技术至今已经有超过 200 年的历史了，法国工程师的研发给固结灌浆技术在工程实践中的应用开辟了先河。随后，英国的阿里因普瑞贝矿工程中，第一次使用了以水泥材料为主的灌浆料，实现了堵水补漏。随着硅酸盐水泥的不断推广和应用，水泥材料逐步成为固结灌浆施工的最主要的灌浆料。约 20 世纪 20 年代左右，通过自动压力表对固结灌浆压力记录，实现了固结灌浆压力和渗透性之间的初步规律摸索，为进一步完善施工技术提供了指导[11]。荷兰工程师 E.J.Joosten等，第一次验证了化学固结灌浆技术可靠性，施工过程中主要运用了水玻璃和 CaCl2等材料，连续两次进行了注浆，达到了预期的效果[12]。固结灌浆技术的改善是基于美国胡佛水坝帷幕施工项目进行的，其最初主要使用目的在于改善由于基坑开挖造成的开裂问题，主要运用固结灌浆材料进行加固处理。依据该项目实践案例的顺利实施，成功实现了工程项目灌浆设计和施工方面相关标准的制定。20 世纪 40 年代左右，固结灌浆技术得以顺利研发和实施，得到了迅速的发展和进步，不同种类的固结灌浆材料不断研发，特别是水泥类和化学灌浆类材料的出现，极大程度地增加了固结灌浆技术使用的范围，21 世纪以后，世界各国全面研发新技术和新材料，使得固结灌浆材料及其施工技术有了前所未有的发展和进步，使其应用的范畴也越来越广泛[13，14]。
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2 固结灌浆试验及检测基本理论
2.1 固结灌浆基本理论
按照流体力学的基本理论，灌浆液及其载体均可选用流变模型进行表示。对于浆液载体，其运动规律符合胡克定律的弹性体要求。水泥浆液通常选取粘性和塑性进行类别划分。可以理解为，灌浆液可以看作牛顿（Newton）体与宾汉姆（Bingham）体两种。由此可见，灌浆载体介于弹性和塑性之间，其力学特性介于粘性与塑性之间。灌浆力学性能属于牛顿体和宾汉姆二者协调变化。
“附着力”主要是通过两种不同材料接触过程中，分子与分子之间产生的引力作用。浆液和浇灌体之间的接触时，因为分子作用力，产生附着力，对于固体裂缝，如果密闭条件达不到，很难实现固结灌浆体的粘聚和附着力的形成。由此可见，怎样选取液态浆体来提升岩体的抗渗性能、承载力等性能是很重要的。此外，由于附着力的存在，有效提升了结构的抗滑移、少扩散、渗透性等性能内容，同时导致了固结灌浆的时效性问题，对此必须做好浆液的稠度、施工时间和扩散性等方面的指标控制。
对于塑性材料，往往表现出的是材料及物体在受到力学作用下，出现塑性变形、应力屈服等状态，但不会出现突然断裂的性能。该方面性能主要是在力学作用下产生非线性变形，除去外作用力之后就其变形不可完全恢复。但对于弹性变形，其作用力撤除后变形可以恢复。
悬浮浆液的颗粒相对均匀分布，其线性大小在 0.1μm 以上。自由流动的液体无法流入到颗粒小于线性大小的空隙，此时需要选用化学灌浆料进行弥补，已提升宾汉姆体力学模型的可靠性。但是对于宾汉姆体的实体工程中应用可以看出，往往存在许多限制性的影响因素，比如在流动速度较高的条件下，液体很容易出现紊流，导致宾汉姆体模型失效[46]。
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2.2 固结灌浆检测方法
拱坝坝基固结灌浆属于隐蔽工程的一种，对于其灌浆质量的检测一直以来都是一项技术难题，近年来国内外主要通过钻孔芯样法和压水试验法进行灌浆处理，确保工程建设项目达到预期目标要求，随着施工技术的不断进步和发展，国内外当前使用最多的检测技术包括物探法检测、超声波法检测等方式，其中在拱坝基础试验中，检测使用的最多方法为单孔声波检测法、对穿声波检测法和钻孔全景图像法等。对于拱坝基础施工项目的试验区域，通常选用声波检测的方式来对其成孔质量、固结质量及效果进行评价。对于固结灌浆规范和物探规范中的要求，对于固结灌浆的成果通常选取声波检测法，同时也将压水试验与钻孔变模检测等方法作为辅助的检测方法[30～32]。
（1）单孔声波检测法
按照流体动力学理论可知，灌浆液体的载体或介质可通过流变模型来描述。即牛顿体和宾汉姆体模型。
声波检测法作为弹性检测的重要方式之一，其作业方式是基于固体介质和弹性传播理论进行的，通过人工激振的方式向介质发出声波，并通过在特定空间距离上设置接收设备，对波的传播快慢、振幅大小和频率等参数进行收集，并通过数据处理进行结果判断，对岩土特性进行评价[33]。声波是一种传播速度快、使用灵活、作业高效的检测方式之一。其传播速度是判断岩体物理力学特性的重要参照对象，与岩体质量控制、地质条件控制等有着重要的作用。声波的速度不但由岩体自身的条件确定，还很大程度取决于岩体的裂缝开展情况，通常因为岩体裂缝会造成大量的断面效应，直接造成了波速的降低、振幅的变缓、频率的降低等。由此可见，声波的速度检测结果可以作为工程实践中，岩层裂缝、填充、材质等基本情况的判断依据，同时通过测试结果能够宏观判断出不同岩层的空间层次关系[34]。
图2.2 单孔声波检测示意图
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3 溪洛渡水电站坝基拱坝 15#坝固结灌浆试验段施工.........................20
3.1 工程概况.................................... 20
3.1.1 地质情况..................................20
3.1.2 工程固结灌浆布置..........................24
4 灌浆试验质量检测与评价...............................28
4.1 灌浆试验灌后质量检查概况............................. 28
4.2 灌浆试验检查孔布置............................ 30
结论.......................................63
4 灌浆试验质量检测与评价
4.1 灌浆试验灌后质量检查概况
15#坝段坝体区设计灌浆进尺 11 482.0m，注灰量 2 872.317t，耗用水泥3 434.494t(含弃灰、管容及封孔)，平均单耗为 299.12kg/m；补强灌浆进尺2 000m，注灰量 27.261t，耗用水泥 76.218t(含弃灰、管容及封孔)，平均单耗为13.63kg/m。各序孔平均透水率与平均单耗如下：
坝体区：Ⅰ序平均透水率 73.3Lu，平均单耗 504.92kg/m；Ⅱ序平均透水率48.4Lu，平均单耗 361.27kg/m；Ⅲ序平均透水率 9.0Lu，平均单耗 109.28kg/m；Ⅳ序平均透水率 9.2Lu，平均单耗 70.47kg/m；
加密区：Ⅰ序平均透水率 66.5Lu，平均单耗 427.6kg/m；Ⅱ序平均透水率12.4Lu，平均单耗 232.8kg/m；Ⅲ序平均透水率 2.7Lu，平均单耗 35.3kg/m；Ⅳ序平均透水
