第三节 基础处理

朱庄水库枢纽工程由于地质构造复杂，既有多层软弱夹层和泥化夹层，还有断层、褶曲、破碎带等，并多处发现承压水，对坝体稳定极为不利。根据水库施工条件，基础处理采取挖、压、灌、排综合处理。

1 基础开挖

基础开挖既有土砂卵石开挖，又有基础岩石开挖，具体可分为坝体基础开挖（河床溢流坝段开挖、河床两岸劈坡、南北非溢流坝基础开挖），消力池基础开挖，电站厂房基础及电站输水管道基础开挖。

1.1 坝体基础开挖

河床溢流坝段基础开挖，于1971年10月开始，1972年5月底完成，河床两岸劈坡逐年开展，包括南北非溢流坝基础开挖，直至1976年完成。共计完成土石方开挖107.91万m³，其中石方30.65万m³。

河床溢流坝段基础开挖，由邢台、隆尧两县出动6500名民工施工。后又组织任县、南和两县团参加会战。同时参加会战的还有邢台驻军1588部队部分指战员。

施工方法是人工装卸，双轮车运输，爬坡器上坡。向坝上下游两侧出渣，以下游出渣为主。爬坡器最大高度达40m，为确保安全，要求爬坡机路宽5m以上，坡比小于1∶3.5，并设专人随时清爬坡道路。在开挖过程中，做好基坑排水是提高施工工效的关键。为减少基坑以外来水，在基坑上下游筑了围堰，拦截表面客水，并组织200人的抽水专业队，昼夜抽水。具体方法是在两县基坑分界处横向挖一条集水主沟，随开挖随加深排水主沟，此沟总比开挖面低1m左右。沟两侧挖排水支渠、斗渠，形成排水渠道网。基坑来水量在0.3～0.5m³/s。在集水沟一端安装4台直径250mm抽水泵，7台直径100～150mm泵的排水设备，总排水能力为2810m³/h，相当于渗水量的1.5～2.5倍，控制着基坑水位，使基坑开挖顺利进行。

坝体基础岩石开挖，主要是将较浅层起控制作用的软弱夹层部分挖除或挖断，以争取到较大的摩擦系数或使其失去控制作用。具体做法有三种。

部分的挖掉埋藏不深，而起控制作用的泥化夹层变低摩擦系数为较高摩擦系数，借以提高大坝的抗滑稳定性。如溢流坝体向上游加宽32.5m，第9坝段的全部，第8坝段的大部，第10坝段的1/3强均将Cn72夹泥层挖掉了，使摩擦系数由0.22提高到0.55（混凝土与岩石的摩擦系数）。

挖齿槽切断较浅，起控制作用的泥化夹层后回填混凝土，以混凝土抗剪断维持大坝沿该层的抗滑稳定。如右岸12～14坝段，结合处理坝底中部基岩中的裂隙密集带开挖齿槽，将Ⅲ层底挖断后回填混凝土，沿Ⅲ层底的滑动力靠混凝土抗剪断来解决。经计算该齿槽宽度15m，齿槽底低于Ⅲ层底以下5m。15和16坝段结合开挖F4断层的混凝土塞而达到了上述目的。

整个坝底宽度开挖除浅层的低摩擦系数的夹泥层。如左岸非溢流坝2、3坝段，右岸16、17坝段挖去Ⅴ层底软弱夹层，4坝段挖除了Ⅳ层底软弱夹层；5、6、7坝段及右岸11坝段挖去Ⅲ层底软弱夹层；右岸17坝段挖除Ⅵ层软弱夹层就是按此原则确定的。

岩石开挖的施工方法是风钻打眼放炮，双轮车出渣，先后共安装6台容积112m³空压机集中送风，开挖高潮时上风钻30多部，三班作业，每班打炮眼500个，一般炮眼深1m左右，火雷管引爆。当接近设计开挖高程时，改为打浅眼、放小炮、人工敲石，尽量避免基岩超挖。

1.2 消力池基础开挖

消力池基础开挖始于1976年9月，由南和县民工施工。为在翌年汛前完成开挖任务，组织6个县团的民工参加大会战。到1977年5月全部完成。共计开挖31万m³，其中沙卵石开挖28万m³。1977年5月18日到21日由海河工程指挥部与邢台地区革命委员会主持省、地有关单位参加，予以验收。

在消力池开挖时，河床溢流坝段已经基本回填到高程243m，并对该段进行了帷幕灌浆和深孔固结灌浆。因此，在开挖过程中，排水设备仅安装了直径150mm水泵2台，直径250mm水泵1台，就控制了整个开挖面作业场。施工方法，除采用皮带机出渣一冬天外，仍是人工挖装，双轮车运输，风钻打眼放炮，爬坡器上坡的方法。

1.3 发电输水管道深槽开挖

电站厂房和输水管道的基础开挖，始于1976年下半年，由邢台县民工施工，1979年汛前完成，总计开挖46万m³。

发电输水管道深槽开挖，采取预裂爆破方法，即首先在深槽周边沿设计开挖线用风钻打深孔，孔距0.5m，孔深2～3m，在钻孔1m以下及钻孔底部各装炸药100g，各放雷管1枚。两层放药中间用松散土或砂充填，采用电发火一次引爆。当开挖接近于裂深度孔度时，再重新钻预裂孔，循序渐进。槽深5m，先后进行了三次预裂爆破。周边基本直立，岩石整齐，节省大量开挖方量。

2 增加坝体

增加坝体或坝下游压重以提高自身的稳定性和阻滑力。如溢流坝段原坝体向上游加宽了32.5m，它不仅增加了坝体的自重，而且还多了一部分水重。溢流坝将挑流消能形式改为底流消能形式，设置了150m长的二级消力池，规定其底板厚度不小于3m，并以锚筋与基岩连接，增加了下游压重。同时保护下游岩体不被冲刷破坏，对大坝的安全尤为重要。

消力池混凝土底板还起到如下作用：由于消力池底板的弹模高于基岩弹模3～4倍，它可以分配到较多的荷载，也相应减少了基岩应力，因而可减少大坝水平位移；由于基岩成层状并近于水平，受水平推力作用后容易产生翘曲失稳，基岩上增加盖重后可减少此种失稳的可能性；由于基岩上增加盖重可提高其允许单位抗力值。

3 灌浆

3.1 帷幕灌浆

大坝帷幕灌浆防渗工程始于1974年10月，由河北省水利厅工程局灌浆队承担。于1981年7月完成。总计钻孔379个，总进尺2.02万m（其中混凝土进尺5900m，岩石进尺1.43万m），耗用水泥194.47万kg（注入量159.46万kg），单位注入量111.07kg/m。另设检查孔37个，总进尺1953.12m，封孔用水泥6.31万kg。

根据水库蓄水后，坝前水头大小，各坝段基础岩石及灌浆试验情况，帷幕灌浆孔布置有所不同。溢流坝段（即第八、九、十坝段）设帷幕3排，均布置在灌浆廊道上游高程210.00m平台上，其位置在上_32m、上_34.2m、上_36.5m处，排距为2.2m和2.3m，孔距3m。

左岸非溢流坝，经压水试验，单位吸水量大于0.01L/（min·m·m）的深度在30m左右，少数地段深达65～78m。因坝前水头较小，相对不透水层埋藏又深，除第七坝段岩石破碎严重，帷幕钻孔仍设为3排，二至六坝块布设帷幕钻孔2排，排距、孔距均为2m（其中第五坝块排距为2.5m）。

右岸（南岸）非溢流坝段十一至十七坝块，经试验透水性较小，单位吸水量0.01L/（min·m·m）的深度一般为20～25m，最深达54m。帷幕钻孔设一排，孔距为2.5m。但在桩号0+542～0+582m的F4断层地段，为加强防渗，帷幕钻孔仍设3排，其孔距同上。

帷幕灌浆深度：溢流坝段基岩鉴于花岗片麻岩表层有10m的古风化壳，帷幕专控深入新鲜花岗片麻岩内5m，其底部高程为140.00m；左岸帷幕灌浆深度，除7坝块进入花岗片麻岩内，其余各坝块帷幕底部高程均在软弱夹层Z1-Ⅱ、Z1-Ⅲ层中；右岸帷幕钻孔底部高程在Z1-Ⅱ层底部，高程为185.00m。为防止F4断层绕渗，在桩号0+550～0+580m段帷幕钻孔要求更深些。

帷幕灌浆效果。总的看，单位吸水量随灌浆次序的增加而减少。单位注入量随灌浆次序增进，有明显降低。同时，在单位吸水量与单位注入量较大的钻孔之间，共钻检验孔37个（为灌浆孔379个的9%），根据检验资料，单位吸水量小于0.01L/（min·m·m）的有14孔，占总检查孔的43%。单位注入量在100kg/m以内的有31孔，占检验孔总数的94%，其中单位注入量在20kg/m以内的有25孔，占检验孔总数的76%，由此说明，帷幕灌浆效果是比较好的。

在二至五坝块，由于基础岩石破碎，透水性大，尤其第三坝块为甚。第一排帷幕（即上游前排）灌浆效果较差。单位吸水量大于设计防渗标准0.01L/（min·m·m），全孔平均单位注入量大于1000kg/m的钻孔有6孔，均在第二至五坝块；单位注入量大于1000kg/m灌段，全坝段有90段，而二至五坝块就占有77段，占总数的90%。为此，在灌浆过程中，又增加下游（后排）帷幕。

后排帷幕灌浆后，除第二坝块单位注入量从1238.2kg/m降到84.5kg/m，单位吸水量从0.73L/（min·m·m）降到0.03L/（min·m·m），使坝基透水性大有改善；其他坝段都接近或达到设计防渗标准。第十六坝块受F4断层影响，在4个钻孔中，平均单位吸水量大于0.01L/（min·m·m），而单位注入量小于30kg/m，即吃水不吃浆。表4-4为大坝帷幕灌浆工程完成情况表。

3.2 固结灌浆

溢流坝段深孔固结灌浆始于1972年10月，终于1974年12月。灌浆范围：第九坝块全部，第八、第十坝块各18～25m宽，共计面积9000m²。钻孔256个（包括检验孔6个），总钻进7257.51m（其中浆砌石、混凝土2856.03m，岩石4411.48m），水泥注入量151.43万kg。钻孔深度一般钻至泥化夹层Cn72以下2～3m；在背斜轴附近，沿顺河方向的三排钻孔，钻孔深度至Z1-Ⅱ层岩石底部；河床深槽部位钻孔在岩石中深度不小于10m。

左岸非溢流坝二至三坝块，深孔固结灌浆，始于1975年10月，终于1977年6月。共计钻孔76个（包括检验孔5个），总进尺794.81m，水泥注入量21万kg。

消力池深孔固结灌浆，开始于1977年9月，同年12月完成。共计钻孔89个（包括检验孔11个），总进尺2448.4m（其中岩石内长度1827.4m），水泥注入量46.05万kg（其中岩石内注入量41.66万kg）。固结范围在第9坝段下游距坝脚50m范围内的一级消力池中进行。

深孔固结灌浆效果：溢流坝段6个检验孔，二、三坝段5个检验孔，消力池11个检验孔的压水试验表明，均能达到或接近设计要求0.05L/（min·m·m）。第二、第三坝段基础岩石虽然破碎，但5个检验孔、15段压水试验，单位吸水量有9段达到0.009～0.006L/（min·m·m），即合格率60%；有3段0.118～0.14L/（min·m·m），占13%；有一孔3段大于10L/（min·m·m）。由于二、三坝段处非溢流坝坝头，大部分坝顶嵌入岩石，没有再进行补灌。

此外，在灌浆前后还做了震波速度和弹性模量试验。灌浆前，在九坝段下游4号竖井（桩号0+298m、下_69.8m）上游壁用锤击法测得震波速度为1920～2000m/s，换算成动弹性模量为（8.2～8.9）×10⁴kg/cm²。灌浆后，在检验孔中用超声波法和地震法测定第9坝段震波速度达3740～4630m/s，换算成弹性模量为（23.4～37.7）×10⁴kg/cm²。虽然灌浆前后侧点位置不尽相同，但也可以看出灌浆后弹性模量提高了不少，基本满足了岩石固结一般标准要求的3500～4000m/s震波速度。

表4-5为深孔固结灌浆完成情况表。

4 基础排水

在坝上游虽然进行帷幕灌浆，为使水库蓄水后，进一步降低基础渗水扬压力，在大坝基础和消力池基础设有排水孔，加强基础排水。

4.1 大坝基础排水

坝基排水孔布置在灌浆廊道内，即帷幕灌浆的下游，距廊道下游壁0.8～1.0m处设一排水孔。同时，为进一步排除坝基承压水和减少扬压力，又在溢流坝段下5.5m廊道内增加一排排水孔。该工程始于1979年6月，终于1981年8月，由河北省水利厅工程局灌浆队施工。共计钻排水孔170个，总进尺6400m。

4.2 消力池排水

在消力池底部廊道内，设有承压水和潜水排水孔，这些排水孔在1977年5月完成。承压排水孔由河北省水利厅工程局灌浆队钻孔；潜水排水孔由水库工程指挥部风钻工用风钻打孔。大坝基础及消力池基础排水孔完成情况见表4-6。