冊田水庫壩基地質及帷幕灌漿簡述

孟希平

（大同市冊田水庫管理局，山西 大同 037300）

冊田水庫位于大同縣境內，是桑干河中上游的一座大（二）型水庫，水庫壩址處于第四紀噴出巖的上部，大壩附近地質構造較為復雜，玄武巖的分布也極不均勻。水庫防洪標準為100年一遇設計，2 000年一遇校核，最大壩高42 m，總庫容5.8億m3，擔負著向首都北京防洪、輸水、灌溉、和城市供水等任務。

1 地質概況

冊田水庫壩址區為玄武巖，層厚一般為18~22 m，氣孔狀構造，柱狀節理發育。大致可分為三種巖性類型：灰黑色，氣孔大，巖層較破碎，力學強度差；灰紫色、紫紅色，氣孔大，巖層很破碎，力學強度差；灰黑色，氣孔小，細密堅硬，力學強度高。

從地表裸露基巖及鉆孔資料證實，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巖分布，由火山灰、火山砂組成，泥質膠結，層厚一般1~3 m，凝灰巖之下為湖相物，視為相對不透水層。

2 冊田水庫歷年帷幕灌漿情況

2.1 第一次帷幕灌漿

1972年，由雁北地區勘探鑿井隊施工，對正常溢洪道閘室基礎進行帷幕灌漿，主要控制閘室基礎裂隙滲流，改變閘基浮托力，保證閘體穩定性為目的。該工程1972年9月開工，1975年12月竣工，共完成灌漿孔168個，補充灌漿孔9個，質量檢查孔20個，孔深總進尺4 698.7 m，灌漿總長度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，共計灌漿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，設備故障，經處理基本符合技術要求），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）。

通過對本次灌漿資料綜合分析，對本工作區玄武巖地層有如下認識：

玄武巖節理裂隙發育，巖石的完整性被破壞，水泥注入量大，裂隙發育程度不均勻，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。

玄武巖節理裂隙發育極不均勻，寬度一般為1~5 mm，大的10~30 cm，裂隙延伸遠、連貫性強、充填差，因裂隙面和其他物質膠結，所以與水泥膠結差，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“結石”膠結好、強度高，如果沖洗不干凈，水泥“結石”膠結差、強度低。

玄武巖裂隙發育，滲透性強，尤其是大裂隙滲漏嚴重，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，由雁北地區勘探鑿井隊施工，對基巖滲漏嚴重，又有斷層通過的南副壩進行基礎帷幕灌漿處理。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，孔深總進尺7 452 m，灌漿總長度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。

施工中發現：表層基巖柱狀節理發育，鉆進中有30%~40%孔循環液返不回地面，經常出現立軸跌落，一般1~2 cm，最大1.0~1.5 m，說明有大裂隙存在。同時，還有兩條斷層通過壩軸線，巖心破碎，裂隙發育，滲透性強，壩后基巖裂隙滲漏出地面，高峰期滲漏量高達70 L/s。本次灌漿共打檢查孔25個，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%。經運行發現，壩后滲漏明流由逐漸減小到最后斷流，沒有發生大量漏水，達到了控制大裂隙滲漏的目的。實踐證明，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高水位運行一年后發現，左壩肩（樁號0+040~0-055）壩后出現潮濕現象，水位下降后超時現象消失，說明壩體滲漏嚴重。1999年3月由217地質勘探隊施工，對該段進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，孔深總進尺2 668 m，灌漿總長度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。灌漿前先導孔ω值為1~4，樁號0+040~0+000，0-045~0-055灌前壓水試驗ω值為1~10。

本工作區為第二次灌漿，第一次灌漿在上游壩坡，與本次相距甚遠，不受上次漿液影響半徑的影響，裸露在地表的基巖柱狀節理特別發育，類似人工護坡，此層基巖厚度3~5 m，風化嚴重，裂隙呈上寬下窄，裂隙寬10~30 cm，滲漏極嚴重，鉆進中循環液往往返不回地面，表層為灰黑色玄武巖，在樁號0+040~0+000基巖厚度7.2 m以下，基巖由灰黑色變為紫紅色時，循環液消失，鉆具跌落，主軸下降20 cm，紫紅色玄武巖，裂隙發育、大氣孔，巖心破碎，產狀平緩，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 結論與認識

通過對灌漿資料綜合分析，對冊田水庫壩基玄武巖地質有如下認識：

第一，地質條件差，玄武巖節理裂隙發育，且又不均勻，填充物多滲流嚴重，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水泥漿的均勻吸收，尤其當灌漿壓力很小或沒有，而漿液濃度又大時，灰漿沿大裂隙流走，而一般裂隙不易吸收濃漿甚至被堵塞，不能形成應有的擴散半徑。

第二，基巖的完整性被破壞，滲透性強，大裂隙集中滲漏現象多發生在玄武巖上部10 m范圍內，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，通過灌漿能夠達到控制大裂隙的目的。

第三，灌漿要在設計壓力、一定濃度水灰比下進行，根據灌前ω值確定漿液水灰比，ω值大于0.5時，采用比級0.6∶1或0.5∶1；ω值小于0.5時，采用比級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 5 m。

4 建議

第一，單位吸水量ω值大于4的嚴重透水地段，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濃漿不易吸收，建議對這些孔段進行補充帷幕灌漿，以取得更理想的防滲效果。

第二，對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，灌漿作業前，應選擇具有代表性的孔段作灌漿試驗，確定合理的漿液濃度及壓力。

第四，由于裂隙夾泥的存在，需對帷幕的永久性、抗蝕性進一步觀測、論證。