冊(cè)田水庫壩基地質(zhì)及帷幕灌漿簡(jiǎn)述

孟希平

（大同市冊(cè)田水庫管理局，山西 大同 037300）

冊(cè)田水庫位于大同縣境內(nèi)，是桑干河中上游的一座大（二）型水庫，水庫壩址處于第四紀(jì)噴出巖的上部，大壩附近地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，玄武巖的分布也極不均勻。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)，2 000年一遇校核，最大壩高42 m，總庫容5.8億m3，擔(dān)負(fù)著向首都北京防洪、輸水、灌溉、和城市供水等任務(wù)。

1 地質(zhì)概況

冊(cè)田水庫壩址區(qū)為玄武巖，層厚一般為18~22 m，氣孔狀構(gòu)造，柱狀節(jié)理發(fā)育。大致可分為三種巖性類型：灰黑色，氣孔大，巖層較破碎，力學(xué)強(qiáng)度差；灰紫色、紫紅色，氣孔大，巖層很破碎，力學(xué)強(qiáng)度差；灰黑色，氣孔小，細(xì)密堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高。

從地表裸露基巖及鉆孔資料證實(shí)，玄武巖是一種層狀巖體，層厚變化很大，層間一般有黃色、灰綠色亞黏土及玄武巖碎屑夾層，厚0.5~10 cm不等。玄武巖底部有一層灰綠色凝灰?guī)r分布，由火山灰、火山砂組成，泥質(zhì)膠結(jié)，層厚一般1~3 m，凝灰?guī)r之下為湖相物，視為相對(duì)不透水層。

2 冊(cè)田水庫歷年帷幕灌漿情況

2.1 第一次帷幕灌漿

1972年，由雁北地區(qū)勘探鑿井隊(duì)施工，對(duì)正常溢洪道閘室基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿，主要控制閘室基礎(chǔ)裂隙滲流，改變閘基浮托力，保證閘體穩(wěn)定性為目的。該工程1972年9月開工，1975年12月竣工，共完成灌漿孔168個(gè)，補(bǔ)充灌漿孔9個(gè)，質(zhì)量檢查孔20個(gè)，孔深總進(jìn)尺4 698.7 m，灌漿總長(zhǎng)度3 682.0 m，壓水656段（不包括檢查孔的81段），水泥總耗量2 228.952 t，水泥總注入量2 121.535 t，平均單位水泥注入量576.2 kg/m。

施工情況及資料分析：完成灌漿孔168個(gè)，共計(jì)灌漿656段次，以灌漿記錄分析，灌漿合格的406段次占62%（正常結(jié)束灌漿的段次），基本合格的187段占28.8%（停水、停電、停料影響，管路堵塞，設(shè)備故障，經(jīng)處理基本符合技術(shù)要求），不合格的63段占9.2%（串漿、漏漿、透水量大注入量小、違章作業(yè)）。

通過對(duì)本次灌漿資料綜合分析，對(duì)本工作區(qū)玄武巖地層有如下認(rèn)識(shí)：

玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石的完整性被破壞，水泥注入量大，裂隙發(fā)育程度不均勻，單位注入量相差極大，小的只有2~7 kg/m，大的1~5 kg/m，特大者10~30 kg/m。

玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育極不均勻，寬度一般為1~5 mm，大的10~30 cm，裂隙延伸遠(yuǎn)、連貫性強(qiáng)、充填差，因裂隙面和其他物質(zhì)膠結(jié)，所以與水泥膠結(jié)差，給水泥填充造成一定困難。從檢查孔巖心觀察，裂隙面沖洗干凈，水泥“結(jié)石”膠結(jié)好、強(qiáng)度高，如果沖洗不干凈，水泥“結(jié)石”膠結(jié)差、強(qiáng)度低。

玄武巖裂隙發(fā)育，滲透性強(qiáng)，尤其是大裂隙滲漏嚴(yán)重，灌前透水率ω值1~4，灌后ω值0.02~0.08，大值0.1~0.3，基本上達(dá)到控制大裂隙的目的，帷幕后的ω值比灌前ω值減少10~20倍，達(dá)到了減小浮托力的目的。

2.2 第二次帷幕灌溉

1978年，由雁北地區(qū)勘探鑿井隊(duì)施工，對(duì)基巖滲漏嚴(yán)重，又有斷層通過的南副壩進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕灌漿處理。該工程1978年9月開工，1983年10月竣工，共完成孔距3 m、排距2 m的帷幕灌漿孔276個(gè)，孔深總進(jìn)尺7 452 m，灌漿總長(zhǎng)度3 646.8 m，水泥總注入量1 958.332 t，平均單位水泥注入量537 kg/m。

施工中發(fā)現(xiàn)：表層基巖柱狀節(jié)理發(fā)育，鉆進(jìn)中有30%~40%孔循環(huán)液返不回地面，經(jīng)常出現(xiàn)立軸跌落，一般1~2 cm，最大1.0~1.5 m，說明有大裂隙存在。同時(shí)，還有兩條斷層通過壩軸線，巖心破碎，裂隙發(fā)育，滲透性強(qiáng)，壩后基巖裂隙滲漏出地面，高峰期滲漏量高達(dá)70 L/s。本次灌漿共打檢查孔25個(gè)，從檢查資料分析，灌漿前透水率ω值1~4，灌漿后ω值小于0.03的占47.6%，ω值為0.03~0.05的占14%，ω值為0.05~0.5的占25.94%，ω值為0.5~0.8的占12.46%。經(jīng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，壩后滲漏明流由逐漸減小到最后斷流，沒有發(fā)生大量漏水，達(dá)到了控制大裂隙滲漏的目的。實(shí)踐證明，采用帷幕灌漿能夠控制基巖大裂隙的集中滲流，且效果明顯。

2.3 第三次帷幕灌漿

1995年，水庫956.52 m高水位運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，左壩肩（樁號(hào)0+040~0-055）壩后出現(xiàn)潮濕現(xiàn)象，水位下降后超時(shí)現(xiàn)象消失，說明壩體滲漏嚴(yán)重。1999年3月由217地質(zhì)勘探隊(duì)施工，對(duì)該段進(jìn)行帷幕灌漿處理巖石裂隙滲漏，同年11月底完工。帷幕線距防浪墻1.5 m，長(zhǎng)95 m，雙排孔距2 m，排距1.5 m，上游排孔深是下游排的1/2，共完成灌漿孔96個(gè)，孔深總進(jìn)尺2 668 m，灌漿總長(zhǎng)度1 893 m，水泥總耗量742.5 t，水泥總注入量732.591t，平均單位水泥注入量387kg/m。灌漿前先導(dǎo)孔ω值為1~4，樁號(hào)0+040~0+000，0-045~0-055灌前壓水試驗(yàn)ω值為1~10。

本工作區(qū)為第二次灌漿，第一次灌漿在上游壩坡，與本次相距甚遠(yuǎn)，不受上次漿液影響半徑的影響，裸露在地表的基巖柱狀節(jié)理特別發(fā)育，類似人工護(hù)坡，此層基巖厚度3~5 m，風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙呈上寬下窄，裂隙寬10~30 cm，滲漏極嚴(yán)重，鉆進(jìn)中循環(huán)液往往返不回地面，表層為灰黑色玄武巖，在樁號(hào)0+040~0+000基巖厚度7.2 m以下，基巖由灰黑色變?yōu)樽霞t色時(shí)，循環(huán)液消失，鉆具跌落，主軸下降20 cm，紫紅色玄武巖，裂隙發(fā)育、大氣孔，巖心破碎，產(chǎn)狀平緩，為大裂隙集中滲漏帶。有一孔基巖厚度16 m，注入水泥70 t，單位水泥注入量4 375 kg/m，另一孔單位水泥注入量1 050 kg/m，帷幕灌漿后ω值改善了10倍左右，大裂隙集中滲漏基本得到控制，ω值一般0.1~0.5，小值0.02。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過對(duì)灌漿資料綜合分析，對(duì)冊(cè)田水庫壩基玄武巖地質(zhì)有如下認(rèn)識(shí)：

第一，地質(zhì)條件差，玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育，且又不均勻，填充物多滲流嚴(yán)重，尤其是大裂隙的集中滲流，給帷幕灌漿造成很大困難，裂隙的不均勻性影響到巖體對(duì)水泥漿的均勻吸收，尤其當(dāng)灌漿壓力很小或沒有，而漿液濃度又大時(shí)，灰漿沿大裂隙流走，而一般裂隙不易吸收濃漿甚至被堵塞，不能形成應(yīng)有的擴(kuò)散半徑。

第二，基巖的完整性被破壞，滲透性強(qiáng)，大裂隙集中滲漏現(xiàn)象多發(fā)生在玄武巖上部10 m范圍內(nèi)，灌前ω值一般為1~4，帷幕后基巖滲透性改善很大，都在10倍以上，一般為0.03~0.08，小值小于0.01，大值0.1~0.3，水泥注入量一般為500~600 kg/m，由于裂隙發(fā)育程度的不均勻性，單位水泥注入量相差很大，小的只有10~15 kg/m，大的1~5 t/m，通過灌漿能夠達(dá)到控制大裂隙的目的。

第三，灌漿要在設(shè)計(jì)壓力、一定濃度水灰比下進(jìn)行，根據(jù)灌前ω值確定漿液水灰比，ω值大于0.5時(shí)，采用比級(jí)0.6∶1或0.5∶1；ω值小于0.5時(shí)，采用比級(jí)1∶1 或 0.8∶1。壓力選擇原則是孔口第一段 2.5~3.0kg/cm2，第二段為3~4 kg/cm2，第三段為4~5 kg/cm2，第四段為6.0 kg/cm2，每段段長(zhǎng) 5 m。

4 建議

第一，單位吸水量ω值大于4的嚴(yán)重透水地段，通過帷幕灌漿雖然控制了大裂隙的集中滲流，滲透率也得到了改善，但效果不太理想，其原因是灌漿無壓力，一般裂隙和分散的中小裂隙對(duì)濃漿不易吸收，建議對(duì)這些孔段進(jìn)行補(bǔ)充帷幕灌漿，以取得更理想的防滲效果。

第二，對(duì)吸漿量較大的灌漿段宜作特殊處理，如采用間歇、限量、水泥砂漿或水泥漿摻外加劑等措施灌注。

第三，灌漿作業(yè)前，應(yīng)選擇具有代表性的孔段作灌漿試驗(yàn)，確定合理的漿液濃度及壓力。

第四，由于裂隙夾泥的存在，需對(duì)帷幕的永久性、抗蝕性進(jìn)一步觀測(cè)、論證。