对青海省互助县南门峡病险水库的防渗处理的研究.docx
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对青海省互助县南门峡病险水库的防渗处理的研究
8.对南门峡岩溶区病险水库的防渗设计研究------
灌浆完全失败的例子
（！
）工程和地质概况
南门峡水库位于青海省互助县。
大坝为壤土斜心墙坝，坝高47米，坝顶长
467米。
河水位2734米，正常蓄水位2778米，抬高水头44米，回水长度1.85KM.
原设计库容3050万m³。
1981年试蓄水，1982年正式投入运行，1984年大坝填
筑全面完成。
目前，由于坝基渗漏和绕坝渗漏，现总库容只能1840万m³。
库坝区的岩性，主要为震旦系中统（Z2K）弱可溶性白云岩、硅质白云岩、
灰云岩夹少量炭质页岩及片岩，总厚1647米。
中统底部（Z2k¹）和下统（Z1g）,
1
为非岩溶性的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩，厚度大于325米。
新老第三系为粘
土岩、砂岩、砂砾岩，厚度大于950米。
第四系更新统由冰水卵砾石，黄土、黄
土状亚粘土等组成，厚度大于260米。
全新统冲积砂、卵石，厚度约60米。
水库处于西宁盆地北沿，由近东西向的3条大断层组成推覆式构造，耸立于
盆地北部的北北东向长条形山脊。
岩层多陡倾。
南门峡河为中上更新世时期形成
的横向河谷。
这里的岩溶发育经历了两个时期，即第三纪以前形成的古岩溶和以后形成的
现代岩溶。
前者多被后期物质所充填，但后期复活了。
本区岩溶多以小洞
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穴和溶隙为主，顺层面、近平行河流和垂直河流方向发育，有些沿断层发育。
基
岩内的地下水位低平，但仍属地下水补给河水类型。
（2）水库水向邻谷渗漏问题
1）左岸距水库约8km有平行南门峡水库的巴扎河，其水位2820米，
属高临谷，不可能形成水库向高临谷渗透，但有可能形成高临河水补给南门峡水
库。
2）右岸距水库16km有北川河及其支流东乡河，河水位最低时为
2450米低于库水位2778米，有渗漏的地形和地貌条件。
但库首有非岩溶性的
片岩、板岩、粉砂岩和石英岩分布，还有大片新老第三系粘土岩、砂岩、砂砾岩
分布，且库盆的可溶岩没有通向北川河及其支流东乡河，所以水库向右临谷渗漏
可能性不大。
非岩溶性的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩，厚度大于300米。
新老
第三系为粘土岩、砂岩、砂砾岩，厚度大于950米。
第四系更新统由冰水卵砾石，
黄土、黄土状亚粘土等组成，厚度大于260米。
全新统冲积砂、卵石，厚度约
60米。
3000～3590米，地下水分水岭以上有222～812米厚的岩体，降水尚未渗
入到地下水位，就用于饱和岩体而损耗殆尽，很难发育成大的岩溶洞穴。
因此认
定为，右岸无向临谷渗漏的可能。
（3）坝基渗漏及绕坝渗漏
坝基下约有15米厚的松散冲积层。
其下为弱可溶性的白云岩、硅质白云岩、
灰云岩夹少量炭质页岩及片岩。
在碳酸盐岩内发育有裂隙岩溶和小溶洞。
当年由于种种原因，只对松散冲积层用截渗墙加以处理，而对松散层下面
的基岩和两岸坝肩均未进行任何处理。
3
土坝建成后，1981年试蓄水，随即发现水库严重漏水，坝下游左右岸及河
床内均有地下水溢出点（见图）。
在中高水位时，漏水量为0.8m³/s。
河流年平均
流量为1.5m³/s。
漏水量占河流年平均流量的53.33%，属严重漏水的病险库（图
1）。
为了保证土坝安全，防止坝基渗漏，曾在斜心墙坝脚及水库上游右岸，按现
行《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的要求，即用多种水灰比（从5:
1开始），
栓塞在孔口封闭，最大灌浆压力3MPa等方法，进行了防渗帷幕灌浆。
在灌浆孔
下游100多米的岸边范围内，到处是灌浆时溢出的水泥灰堆。
这种情况说明，该
种方法的灌浆，引起了大量浆力劈裂，几乎使灌浆工作彻底失败。
事实上，大量
观测资料表明，首次防渗帷幕灌浆，对防治水库渗漏，看不到任何好的效果！
（4）复灌防渗帷幕参数的确定
防渗帷幕线路的方向、端点和深度是防渗帷幕参数的三要素。
1）复灌防渗帷幕线路的方向防渗帷幕的工程目的，是把大坝防渗体与
防渗帷幕结合起来，形成一个完整的防渗体系（图2）。
用坝基下的防渗帷幕防
止河床坝基渗漏。
两岸打两个与坝基防渗帷幕线同方向的灌浆廊道，其深度应穿
过风化卸荷带到新鲜岩层内（暂定深度40米），即图2所示的2738m灌浆廊道与
2778m灌浆廊道。
然后，2778m灌浆廊道拐向下游，穿在新鲜岩层内，直至到下
游遇到非岩溶的片岩、板岩、粉砂岩和石英岩组成的隔水层为止。
2）复灌防渗帷幕线路的端点在库岸、两坝肩、左岸下游约250米以及
右岸下游约100米的范围内，全为弱岩溶层分布区。
与该区相接的是非岩溶区。
沿接触线，向左右岸各深入岸内40米，即为防渗帷幕与非岩溶层的交点，也称
4
为防渗帷幕线路的端点。
3）复灌防渗帷幕线的深度复灌防渗帷幕线的深度决定于岩溶的发育深
度。
从壤土斜心墙到坝下游100～250米以及两岸40米的范围内，为防渗处理范
围。
坝下岩溶发育深度：
在坝基开挖时，发现有9处涌水点，其中的8处在桩号
0+45～0+317.9之间（靠近左岸），总涌水量达305L/s,顺F56断层，有宽0.1
米的溶缝，涌水量为80L/s.它们组成了坝基涌水带。
大坝修筑以后，坝基渗漏
水都在隔水层出露线的上游，即在土坝下游150米范围内出露，并没有越过隔水
层向更远的方向排泄。
在上游坝脚和坝肩设投放点，进行了3次食盐和6次萤
光素的连通试验。
其中左岸的3次试验，均从左岸下游的S5泉群、观7孔、洞
泉1、TK洞1和ZKJ1孔内发现，在水位差为1.64米～8.2米时，实际流速为0.3～
3.67米/s;其中右岸的4次试验，均从右岸下游与河床的S6泉群、S7泉群、80-0
孔、观13、观16孔、ZK5孔和ZK6孔内发现，且ZK5孔为承压水孔，高出地面
约5米，这些孔在水位差3.53～18.09米时，实际流速为0.0009～0.13cm/s.大
量连通试验资料说明，来自上游坝脚和坝肩的库水，是下游地下水的补给来源。
要防止水库渗漏，必须截断来自上游坝脚和坝肩的地下水。
根据钻探揭露的地下岩溶发育情况分析，钻孔所揭露的岩溶，有83%是在高
程2650m以上。
坝基80-K2孔和80-K3孔，分别在高程2612.84～2611.1m和
2620.24～2619.54m.发现了竖向高为1.74m和0.7m的溶洞，洞内充填有砂壤
土、粉砂和磨圆度较好的直径为1～2.5cm的砾石,表明这些溶洞的连通性是好
的。
根据河床坝段岩溶的发育深度和数量，河床坝段防渗帷幕钻孔的底部高程应
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在2609m附近。
防渗帷幕钻孔的最大深度约为125m.
两岸坝肩的风化卸荷带，一般来说，是岩溶较为发育的地区。
由于该区是
地下水补给河水，河床岩溶的底部是两岸地下水排泄的最低基准面。
其防渗帷
幕钻孔的底端高程，应低于两岸地下水排泄的最低基准面高程。
至于具体高程的
确定，在灌浆之前应钻孔，或利用灌浆的先导孔，进一步查明岩溶的发育深度，
进而确定两岸坝肩的防渗帷幕深度。
防渗帷幕钻孔深度变化于125-68米之间。
（5）复灌防渗帷幕灌浆工作大纲
1）复灌前的地质调查工作
在库首区内，分布有较弱可溶性的岩体，在水库下游100～250米以下，分
布有非岩溶岩体。
在灌浆的坝基下和库内近坝左岸的被灌岩体内，分布有倾角大
于70º的构造裂隙，岩层间夹有角砾碎屑岩、页岩、煤线、片岩碎片和含泥的断
层带等软弱夹层。
第一次灌浆时，像其它工程灌浆一样，并没有针对这里被灌岩体的灌浆条件，
设计出灌浆钻孔的孔向、压力以及浆液等，而是按传统方法进行了压力为3MPa
的灌浆，因而在含软弱夹层的岩层里，发生了几乎是普遍性的浆力劈裂，使大
量浆液流失到无需灌浆的地方，甚至大量堆积到地表，使第一次灌浆接近于彻底
失败。
为了吸取第一次灌浆的失败教训，在编制灌浆工作大纲之前，应编制已灌
的灌浆剖面图：
应标出各灌浆钻孔的孔口高程，各试段的压入灰量，对于压入灰
量特别大的试段，要分析该试段的岩性及其灌浆压力。
为了查清库首区的水文地质与工程地质条件，确定灌浆参数，应编制库首区
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的水文地质与工程地质图。
在图上应标出：
灌浆孔、灌浆溢出的灰堆、塌陷孔、
管涌孔、坝址区涌水孔的相对位置、F56断层、连通试验的投放点和接受点，S5
泉群、S6泉群、S7泉群、观7孔、洞泉1、TK洞1、ZKJ1孔、、80-05孔、观13
孔、管16孔和ZK5承压水孔、三角堰测流点、岩溶岩层与非岩溶层的接触线以
及河床下接触线的埋藏深度等。
为了防止绕坝渗漏，在河床防渗帷幕线的延长方
向，在正常高水位高程上，打两个灌浆廊道，穿过风化卸荷带到新鲜岩体，而后，
廊道方向平行河流方向，直至非岩溶区位置为止。
在每条洞内布置两个地质勘探
孔，了解岩溶发育情况，确定防渗帷幕的灌浆深度等。
2）防渗帷幕灌浆工大纲
灌浆质量的好坏，虽与灌浆顺序、灌浆压力、孔向和浆液的水灰比等环节有
关，但也与每个环节的工艺流程有着非常重要的关系。
也即是人们常说的先谋而
后动，深谋取先机。
灌浆工作也是不能“走着瞧”，而是要在开灌前把可能遇到
的情况准备好对策，不能面对时而措手不及。
目的为了防止坝基及坝肩渗漏，应进行坝基和坝肩的防渗帷幕灌浆。
孔向在岩体内存在着排列有序的裂隙，其中有些裂隙是透浆的更是透水
的。
在岩体内存在着可穿最多透水透浆裂隙的矢量，存在着可穿最少透水透浆裂
隙的矢量，当然也存在着穿裂隙不是最多也不是最少的一般矢量。
把穿过最多裂
隙的矢量作为岩体加固的矢量才能取得最佳的岩体加固效果。
穿到岩块里的加固
孔是无效孔。
穿到较少裂隙的加固孔是低效孔。
穿到最多裂隙的加固孔是最优孔。
岩体加固工作者的最主要任务是杜绝无效孔，减少低效孔，优选最优孔。
每种钻
孔的空间位置及其与其他钻孔的关系，都是用孔口的坐标、方位、倾角、孔口间
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距、孔排距等参数来定位的。
应根据透水透浆裂隙产状等资料计算优选灌浆钻孔
的孔向。
灌浆顺序为了防止浆力劈裂，用不用孔口封闭灌浆方法，要以灌浆钻孔的
岩性条件而定。
如果全孔内不存在劈裂源，可采用孔口封闭灌浆法；如果孔口段
有劈裂源，在第二试段放置栓塞；如果孔底有劈裂源，应分析透水性，如其透水
性足以引起较大的渗漏量，采用孔口法封闭，用重复灌浆的方法解决；如果钻孔
内的劈裂源的透水性不足以引起较大的渗漏量，可采用跳过劈裂源而进行其它岩
层的灌浆。
灌浆压力灌浆压力越大，其浆液的扩散半径就越大，反之越小。
一般来说，
施工部门喜欢用大压力。
然而灌浆压力不是根据工程需要而定，而是根据地层劈
裂源的临界劈裂强度而定。
灌浆压力一定要根据灌浆钻孔的岩性条件而设计，那
种无视地层岩性条件，而灌前就设计好或者就用公式算好的压力，是引起灌浆失
败的重要原因之一。
南门峡岩体的劈裂压力，大者可达到4Mpa以上，小者仅有
0.3MPa。
浆液限量和限时为了提高软岩的强度，常采用复灌的方法以实现目的。
当利用
劈裂性质复灌时，一定要限制吸灰量，不是吸灰量越多越好，而是根据幕体厚度
和浆液可能扩散的范围，计算最大吸灰量以作为限灰的数量。
复灌与复灌之间的
间隔，不是越短越好，而是要考虑浆液的初凝时间，最好是间隔24小时。
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