册田水库坝基地质及帷幕灌浆简述

孟希平

（大同市册田水库管理局，山西 大同 037300）

册田水库位于大同县境内，是桑干河中上游的一座大（二）型水库，水库坝址处于第四纪喷出岩的上部，大坝附近地质构造较为复杂，玄武岩的分布也极不均匀。水库防洪标准为100年一遇设计，2 000年一遇校核，最大坝高42 m，总库容5.8亿m3，担负着向首都北京防洪、输水、灌溉、和城市供水等任务。

1 地质概况

册田水库坝址区为玄武岩，层厚一般为18~22 m，气孔状构造，柱状节理发育。大致可分为三种岩性类型：灰黑色，气孔大，岩层较破碎，力学强度差；灰紫色、紫红色，气孔大，岩层很破碎，力学强度差；灰黑色，气孔小，细密坚硬，力学强度高。

从地表裸露基岩及钻孔资料证实，玄武岩是一种层状岩体，层厚变化很大，层间一般有黄色、灰绿色亚黏土及玄武岩碎屑夹层，厚0.5~10 cm不等。玄武岩底部有一层灰绿色凝灰岩分布，由火山灰、火山砂组成，泥质胶结，层厚一般1~3 m，凝灰岩之下为湖相物，视为相对不透水层。

2 册田水库历年帷幕灌浆情况

2.1 第一次帷幕灌浆

1972年，由雁北地区勘探凿井队施工，对正常溢洪道闸室基础进行帷幕灌浆，主要控制闸室基础裂隙渗流，改变闸基浮托力，保证闸体稳定性为目的。该工程1972年9月开工，1975年12月竣工，共完成灌浆孔168个，补充灌浆孔9个，质量检查孔20个，孔深总进尺4 698.7 m，灌浆总长度3 682.0 m，压水656段（不包括检查孔的81段），水泥总耗量2 228.952 t，水泥总注入量2 121.535 t，平均单位水泥注入量576.2 kg/m。

施工情况及资料分析：完成灌浆孔168个，共计灌浆656段次，以灌浆记录分析，灌浆合格的406段次占62%（正常结束灌浆的段次），基本合格的187段占28.8%（停水、停电、停料影响，管路堵塞，设备故障，经处理基本符合技术要求），不合格的63段占9.2%（串浆、漏浆、透水量大注入量小、违章作业）。

通过对本次灌浆资料综合分析，对本工作区玄武岩地层有如下认识：

玄武岩节理裂隙发育，岩石的完整性被破坏，水泥注入量大，裂隙发育程度不均匀，单位注入量相差极大，小的只有2~7 kg/m，大的1~5 kg/m，特大者10~30 kg/m。

玄武岩节理裂隙发育极不均匀，宽度一般为1~5 mm，大的10~30 cm，裂隙延伸远、连贯性强、充填差，因裂隙面和其他物质胶结，所以与水泥胶结差，给水泥填充造成一定困难。从检查孔岩心观察，裂隙面冲洗干净，水泥“结石”胶结好、强度高，如果冲洗不干净，水泥“结石”胶结差、强度低。

玄武岩裂隙发育，渗透性强，尤其是大裂隙渗漏严重，灌前透水率ω值1~4，灌后ω值0.02~0.08，大值0.1~0.3，基本上达到控制大裂隙的目的，帷幕后的ω值比灌前ω值减少10~20倍，达到了减小浮托力的目的。

2.2 第二次帷幕灌溉

1978年，由雁北地区勘探凿井队施工，对基岩渗漏严重，又有断层通过的南副坝进行基础帷幕灌浆处理。该工程1978年9月开工，1983年10月竣工，共完成孔距3 m、排距2 m的帷幕灌浆孔276个，孔深总进尺7 452 m，灌浆总长度3 646.8 m，水泥总注入量1 958.332 t，平均单位水泥注入量537 kg/m。

施工中发现：表层基岩柱状节理发育，钻进中有30%~40%孔循环液返不回地面，经常出现立轴跌落，一般1~2 cm，最大1.0~1.5 m，说明有大裂隙存在。同时，还有两条断层通过坝轴线，岩心破碎，裂隙发育，渗透性强，坝后基岩裂隙渗漏出地面，高峰期渗漏量高达70 L/s。本次灌浆共打检查孔25个，从检查资料分析，灌浆前透水率ω值1~4，灌浆后ω值小于0.03的占47.6%，ω值为0.03~0.05的占14%，ω值为0.05~0.5的占25.94%，ω值为0.5~0.8的占12.46%。经运行发现，坝后渗漏明流由逐渐减小到最后断流，没有发生大量漏水，达到了控制大裂隙渗漏的目的。实践证明，采用帷幕灌浆能够控制基岩大裂隙的集中渗流，且效果明显。

2.3 第三次帷幕灌浆

1995年，水库956.52 m高水位运行一年后发现，左坝肩（桩号0+040~0-055）坝后出现潮湿现象，水位下降后超时现象消失，说明坝体渗漏严重。1999年3月由217地质勘探队施工，对该段进行帷幕灌浆处理岩石裂隙渗漏，同年11月底完工。帷幕线距防浪墙1.5 m，长95 m，双排孔距2 m，排距1.5 m，上游排孔深是下游排的1/2，共完成灌浆孔96个，孔深总进尺2 668 m，灌浆总长度1 893 m，水泥总耗量742.5 t，水泥总注入量732.591t，平均单位水泥注入量387kg/m。灌浆前先导孔ω值为1~4，桩号0+040~0+000，0-045~0-055灌前压水试验ω值为1~10。

本工作区为第二次灌浆，第一次灌浆在上游坝坡，与本次相距甚远，不受上次浆液影响半径的影响，裸露在地表的基岩柱状节理特别发育，类似人工护坡，此层基岩厚度3~5 m，风化严重，裂隙呈上宽下窄，裂隙宽10~30 cm，渗漏极严重，钻进中循环液往往返不回地面，表层为灰黑色玄武岩，在桩号0+040~0+000基岩厚度7.2 m以下，基岩由灰黑色变为紫红色时，循环液消失，钻具跌落，主轴下降20 cm，紫红色玄武岩，裂隙发育、大气孔，岩心破碎，产状平缓，为大裂隙集中渗漏带。有一孔基岩厚度16 m，注入水泥70 t，单位水泥注入量4 375 kg/m，另一孔单位水泥注入量1 050 kg/m，帷幕灌浆后ω值改善了10倍左右，大裂隙集中渗漏基本得到控制，ω值一般0.1~0.5，小值0.02。

3 结论与认识

通过对灌浆资料综合分析，对册田水库坝基玄武岩地质有如下认识：

第一，地质条件差，玄武岩节理裂隙发育，且又不均匀，填充物多渗流严重，尤其是大裂隙的集中渗流，给帷幕灌浆造成很大困难，裂隙的不均匀性影响到岩体对水泥浆的均匀吸收，尤其当灌浆压力很小或没有，而浆液浓度又大时，灰浆沿大裂隙流走，而一般裂隙不易吸收浓浆甚至被堵塞，不能形成应有的扩散半径。

第二，基岩的完整性被破坏，渗透性强，大裂隙集中渗漏现象多发生在玄武岩上部10 m范围内，灌前ω值一般为1~4，帷幕后基岩渗透性改善很大，都在10倍以上，一般为0.03~0.08，小值小于0.01，大值0.1~0.3，水泥注入量一般为500~600 kg/m，由于裂隙发育程度的不均匀性，单位水泥注入量相差很大，小的只有10~15 kg/m，大的1~5 t/m，通过灌浆能够达到控制大裂隙的目的。

第三，灌浆要在设计压力、一定浓度水灰比下进行，根据灌前ω值确定浆液水灰比，ω值大于0.5时，采用比级0.6∶1或0.5∶1；ω值小于0.5时，采用比级1∶1 或 0.8∶1。压力选择原则是孔口第一段 2.5~3.0kg/cm2，第二段为3~4 kg/cm2，第三段为4~5 kg/cm2，第四段为6.0 kg/cm2，每段段长 5 m。

4 建议

第一，单位吸水量ω值大于4的严重透水地段，通过帷幕灌浆虽然控制了大裂隙的集中渗流，渗透率也得到了改善，但效果不太理想，其原因是灌浆无压力，一般裂隙和分散的中小裂隙对浓浆不易吸收，建议对这些孔段进行补充帷幕灌浆，以取得更理想的防渗效果。

第二，对吸浆量较大的灌浆段宜作特殊处理，如采用间歇、限量、水泥砂浆或水泥浆掺外加剂等措施灌注。

第三，灌浆作业前，应选择具有代表性的孔段作灌浆试验，确定合理的浆液浓度及压力。

第四，由于裂隙夹泥的存在，需对帷幕的永久性、抗蚀性进一步观测、论证。