水利水电工程的地基断层破碎带处理技术研究报告

1、第一节概述水利水电工程的地基常会遇到节理发育的岩层、软弱夹层、断层破碎带或断层交汇带，这些地质缺陷均需进行妥善处理，以保证施工过程及工程建成后运行的安全。断层破碎带的处理是水工建筑物地基处理的重要内容之一。在确定处理方案之前，必须具有详细的地质勘测资料和试验数据，主要内容有：（1）断层破碎带的规模、产状及其与水工建筑物在平面和空间位置上的相互关系；（2）构造岩的物理性质，力学性质和水理性质；（3）断层破碎带的渗透特性等。根据地质和试验资料，按断层类型和构造岩的特点及其对坝基的影响（见表11-1-1、表11-1-2、表11-1-3）由设计结合建筑物等级、规模和形式进行分析研究，确定处理方案和工程

2、技术处理措施。表11-1-1断层类型按断层两盘相对位移的方向按断层形成时受力状态类型特性类型特性正断层上盘顺重力作用方向下降，倾角5060以上张性断层结构面粗糙不平，常具有次生物质充填逆断层上盘逆重力方向上升倾角大于45。，称冲断层倾角小于45。，称逆掩断层压性断层结构面多呈波状起伏，并具有相当规模平移断层两侧岩体仅作相对的水平位移，倾角陡直扭（剪）性断层破裂面光滑、平整，多呈闭合状正（逆）平移断层兼有复合断层的特性，依次序、规模有主次或不同组合之分张性（压性）兼扭性断层兼有复合断层的特性，依次序、规模不同有主次之分断层破碎带的处理，工程技术复杂，施工难度大，质量要求高，安全问题突出。为确保处

3、理工作经济、合理、按期实施，重大断层破碎带处理应编制专门的施工组织设计。原编写：薛志荣改编：刘瑞源、张中裕、陈国才审稿：郑治表11-1-2构造岩的特性名称形成环境工程地质特性断层泥在构造作用下形成的，由微细颗粒组成的粘土岩遇水泥化而成隔水性能强，厚度变化大，有数厘米到数十厘米，有的可达1m-2m,紧靠断层主滑移面，在巨大破碎带中有许多断层面组合，每个断层面上均有泥质物，有的呈层状分布岩体结构面抗剪强度参数c、？值很低，常是抗滑稳定分析中的控制因素糜棱岩在结晶岩中的断层居多数岩块研磨作用后，失去结晶岩石原有的外貌，大都由研磨的碎屑粉以及各微小的岩粒胶结而成，一般胶结较牢抗压强度由数兆帕到十余兆帕

4、角砾岩被挤压碎，并有一定转动。其中未胶结的角砾岩多发生于软硬相间的岩体之中多 为 有棱角的岩块及半浑圆形岩块，大小几何形态不一， 岩块一般均较坚硬有胶结的硅质、钙质、铁质等胶结者则较坚牢， 泥质胶结者则不坚牢方解石、石英等岩脉所充填胶结不太坚牢一般较好，其中软弱泥化夹层的工程地质性能较差未胶结的为杂乱无章的碎屑岩块及岩粉和泥质物的复杂组成物。 岩块之间的空间为泥质物所充填或坚硬的岩块被较弱泥质物所包裹性质很差，若有地下水存在问题更严重压碎岩多发生在坚硬岩层中，被切割成带棱角的岩块不规则的网状裂隙常充填松散的碎屑和粉粒；或充填各种岩脉，如方解石脉、石英脉、绿帘石脉等一般彼此镶嵌咬合甚牢，工程地质

5、特性较好。如存在软弱泥化结构面仍有塌方可能，需具体分析劈理带破碎岩多发生于硬脆的岩体中呈高密度的裂隙带，基本上是原地破裂的。裂隙面无明显擦痕及光滑镜面， 如压劈理或破劈理。较压碎岩要完整些，但有明显的方向性开挖面与其平行，易滑坍；受垂直力时易压缩变形，沿劈理带易渗水褶皱扭曲带破碎岩多发生在软弱柔韧的薄层岩层中与构造破碎带紧密相连，可为断层拖拉影响，也可为与其它构造岩同时卷入的破碎带，往往伴生一系列小断层。岩石扭曲破碎并有泥质条带具有连续变形的特点，本身阻水，接壤部常有渗水表11-1-3断层对坝基可能产生的不利影响断层可能产生的不利影响走向部位倾角，以及与不利构造面组合重力式、支墩坝型拱坝、拱型

6、重力坝走向与河流平行或接近平行（斜切）贯穿河床坝基倾角50集中渗漏，坝基不均匀变形贯穿岸坡坝基倾角60集中渗漏，墩基岩体裂隙侧向张拉变形或削弱下游坡脚集中渗漏， 侧向压缩变形，下游边坡岩体应力集中倾向河床，与其他构造组合，或被下游冲刷深坑深切防渗帷幕破裂。构成局部滑动或边坡不稳定防渗帷幕破裂，拱座局部不稳贯穿坝头（或坝肩）倾角陡直，倾向河床，与不利构造面结合施工期坝肩岩体失稳，绕坝渗漏坝头压缩变形过量，坝肩整体不稳定走向与河流垂直或接近垂直（斜切）坝前沿（坝踵）倾角60或倾向下游防渗帷幕被拉裂。坝基不均匀变形坝基倾角60坝基不均匀变形。阻隔渗流，恶化渗压阻隔渗流， 恶化渗压。拱座变形不均匀或岩

7、体应力集中倾角60,上游有反倾角构造面组合向断层压缩位移梁向断层压缩变形倾角平缓，倾向下游。坝后不利构造面组合构成滑动面梁的抗滑稳定安全系数降低坝后倾向上游， 延伸入基础应力扩散范围内压缩位移拱座变形过量，降低整体安全度倾向下游， 被大构造或冲刷坑深切形成深层滑动临空面拱座岩体单薄或不稳定1.断层破碎带的处理原则（1）处理工作应安排在工程蓄水运行之前完成，最好在其上部（或邻近）建筑物施工以前进行。（2）断层破碎带处理，应尽量采用明挖、回填混凝土的方式。对坝基深部缓倾角或位于坝头、坝肩部位的断层，可采用洞挖混凝土置换、水泥灌浆、化学灌浆、预应力锚固等方法。(3)在设计、施工中要防止由于断层破碎带

8、的处理而引起岩体的应力释放、变形或爆破扰动、松动滑移等问题，并采取相应的有效措施。(4)断层破碎带开挖要遵循自上而下的施工原则，并作好安全支护，必要时应分段、分层开挖、回填。(5)在组织实施断层破碎带处理的全过程中，设计、地质、施工和质量检查及监理部门要密切配合，及时研究处理施工中出现的问题。(6)断层处理往往是建筑物地基开挖清理的延续和混凝土浇筑的前一道工序，其施工布置和主要机械设备、辅助设施等，一般可在这两个工序的基础上进行调整、充实和配套。为便于在断层带的狭窄槽坑内施工，宜采用轻便、灵巧、效率高的通用机具和设备。2断层处理的要求和类型2.1断层处理要求断层经过处理后，应满足下列要求：(1

9、)具有足够的强度，能直接或通过岩体承受和传递坝体的荷载；(2)与围岩接触良好，具有相似的弹性模量，减少地基不均匀沉陷或限制地基变形；(3)提高岩基的整体性，确保坝体或岩体在施工、运行期间的抗滑稳定性；(4)具备良好的抗渗性，防止集中渗漏，降低渗透压力，防止产生渗透变形。(5)具备排水条件，降低扬压力。2.2断层处理的型式和适用范围断层处理必须结合具体工程的实际情况，综合考虑下列因素：(1)断层所处部位、产状、宽度，破碎带组成物和周围岩体的性质、力学指标，断层和其它弱面(构造面、临空面等)的不利组合对岩体和水文地质等构成的影响，及与此有关的不同破坏机理、方式；(2)水工建筑物的工作条件、布局和对

10、地基提出的要求，以及调整上部结构使之与地基工作条件相协调的可能性；(3)现场施工条件，施工技术水平、设备，可能达到的工程实际效果和已有的工程经验等。按断层缺陷对坝体、坝基可能构成的主要问题，断层处理的主要目的，断层处理可以米取的各种型式分别如表11-1-4、表11-1-5和表11-1-6所不表11-1-4直接承受和传递坝体荷载的断层处理形式措施图示适用范围1.主要承受垂直荷载1.1混凝土塞断层宽度0.6m2.0m,倾角陡1.2混凝土拱断层宽度大于4m,倾角陡，两侧岩面坚硬且较完整1.3混凝土梁断层宽度2m4m,或缓倾角1.4混凝土深塞（梁）断层宽度大于4m,位于高坝坝趾或防渗帷幕轴线段续表11

11、-1-4措施图示适用范围1.5混凝土洞挖浅塞狭谷河床，深槽或者施工特殊需要。要有充分回填灌浆条件1.6混凝土支撑体或垫座深挖基坑的坝趾（踵）外岩体坚硬可靠。断层狭小，荷载不大的支墩基础2.主要承受水平荷载2.1混凝土塞（或梁）断层窄且陡2.2混凝土深塞陡坡段断层窄，倾角陡，荷载大2.3混凝土深梁陡坡段断层宽或者倾角缓荷载大2.4混凝土传力洞荷载大。坝头有断层组，影响带宽，裂隙发育，或断层间岩石较坚硬，施工开挖困难，工作量大续表11-1-4措施图示适用范围2.5混凝土传力槽坝头地形狭窄，岩体较硬，荷载大或坝头有断层组2.6混凝土剪力洞坝肩有不利的地质构造组，断层产状陡、狭、平整，岩性坚硬尚完整表

12、11-1-5传递基岩中荷载的断层处理形式措施图示适用范围1用于控制地基压缩或沉陷变形1.1混凝土深塞（梁）断层横（斜）切高坝的坝趾或拱座下游侧，倾向上游倾角较缓或者倾角陡，但有平缓反倾角构造组合1.2洞挖整体式混凝土墙体切割坝肩、坝趾的断层，延伸到坝底 （拱座） 应力工作范围内，倾角平缓，贯穿河床坝基，岩体不完整，但地基应力仍不小续表11-1-5措施图示适用范围1.3洞挖框架式（竖井加平洞）混凝土体同上情况，但围岩较完整、坚硬1.4防沉井断层平缓，倾向岸坡，围岩较完整坚硬1.5大口径直孔混凝土管柱群河床段断层窄、陡、较平整1.6钻孔混凝土连锁桩坝基内断层窄小，较平整，围岩完整坚硬1.7高压水泥

13、灌浆或化学灌浆灌后构造岩变形模量提高，能满足工程需要，或与其它措施配合使用续表11-1-5措施图示适用范围2.用于保持坝体和岩体稳定2.1洞挖整体式抗滑混凝土墙倾角较陡，有反倾角平缓构造组合，承受坝基压力和剪力，荷载大。或岩体较破碎2.2抗滑键或框架式抗滑键群倾角平缓，较平整，岩体坚硬。受水平剪力2.3抗滑斜井或框架式井群纵贯岸坡或坝肩，倾角陡，改善边坡稳定2.4剪力洞纵贯坝肩陡直断层或断层交汇带，围岩坚硬完整。在抗剪基础上改善应力状态2.5预应力锚束断层倾角较陡，围岩完整，不宜作开挖、置换处理2.6预应力锚固洞断层倾角较陡，围岩完整2.7喷锚结合断裂不发育，不需开挖处理，防止断裂发展2.8抗

14、滑桩断层倾角较缓，围岩较完整表11.1.6防止集中渗漏、排水降低渗透压力的断层处理形式序号措施适用范围1混凝土竖（斜）井纵贯河床、 岸坡坝基。 断层较陡、 较宽或破碎带松散、渗透稳定差。围岩稳定2混凝土塞下接水泥或化学帷幕灌浆破碎带属相对弱透水体，结构挤压较紧密，不同程度被胶结，两侧集中渗漏3混凝土截水深墙构造面平缓，夹泥，分布广而无可灌性4排水孔（幕）布置在横（斜）切断层的上游一侧5排水隧洞或排水孔、洞系统布置在纵贯坝头断层的迎河床一侧或横切坝肩断层的迎上游一侧岩体第二节断层混凝土塞1.断层开挖1开挖深度确定断层开挖深度的方法有：（1）按混凝土塞结构尺寸决定的开挖深度。见表11-2-1。（2

15、）按固端梁确定开挖深度。一般适用于宽度大于4m的断层破碎带。开挖深度根据坝基应力值，构造岩与新鲜完整岩石的弹性模量的比值，以及断层破碎带的产状、宽度等因素通过计算确定，一般为断层破碎带底部宽度的0.51.0倍，可按图11-2-1查得断层开挖深度。或按经验公式确定开挖深度，经验公式见表11-2-2。表11-2-1断层开挖深度适用条件bd/bd/B一般情况0.62.02.03.01.52.0坝基应力区内，断层倾角2.04.01.52.01.01.560,两侧岩石较坚硬4.01.01.50.81.1注：d断层开挖深度，m；b断层底部宽度，m；B断层平均宽度，s表11-2-2断层开挖深度经验公式使用者

16、公式适用条件中国新安江（宽缝重力坝）d=0.0083bH+C美国垦务局（夏斯特重力坝和弗赖恩特坝）d=0.002bH+5H)150d=0.3b+5H5d=0.002bH+5b5注：d断层开挖深度（新安江公式的单位为m,其余为英尺）；b断层开挖宽度（英尺）H坝高（英尺）；C系数，见表11-2-3表11-2-3系数C坝高H（m）断层宽度b（m）备注影响范围2.0影响范围2.0倾角6565801.102.200.551.10H=6A80时，可用插651.703.400.851.70入法求得(3)按施工条件确定开挖深度。断层宽0.1m0.5m,一般开挖深度1.0m1.5m；用高压水枪或钻孔连锁施工，挖

17、深可达4m-5m；大口径钻孔可达10m以上。(4)按不利构造组合的弱面部位确定开挖深度开挖深度除按混凝土深梁计算外，并要加深到岩层可能产生深层滑移的弱面以下，或参考光弹试验的结果适当加深。中坝、高坝一般开挖深度可达8m15nl(5)按断面、整体模型试验确定开挖深度。断层造成过量压缩变形或与不利裂隙组、不利构造面构成不稳定的滑移时，应通过校核计算及结合模型试验结果来确定开挖的范围和深度。国内有的工程深达15m-20mo(6)按有限元法计算的成果确定开挖深度。对较复杂的断层和大断裂带要用有限元法计算应力和变形值的关系，判断岩体稳定性，确定处理深度并估计处理后坝基条件改善的程度。(7)按岩基防渗需要

18、确定开挖深度。有些工程的断层塞通过防渗帷幕处，按要求加深成井塞，深度可达50mo2.1坝外处理范围图11-2-2断层处理范围图11-2-1断层混凝土塞深度曲线表11-2-4坝外处理范围类别范围按上、下游坝坡面延线L=(m+r)d,Lz=d按岩基挠度影响范围L1=L2=3m5m按断层开挖深度d中低坝L1=L2=0.9d1.3d高坝L1=Lz=1.5d2.0d2.2断层破碎带开挖和岩面修整2)主要内容和要求(1)断层开挖部位、处理范围、断面尺寸、几何体形应符合设计要求。(2)清除松动岩石和岩石壁面风化岩块，切除与次生构造面斜交的岩石锐角。(3)壁面的泥皮、水锈蚀面或光滑平面应凿毛并刷洗干净。确定断

19、层坝外处理范围的方法见表11-2-4和图11-2-2。(4)对岩石破碎及地质较差地段和部位，除加强常规检查外，应对岩体进行监测，根据不同情况及时采取措施，例如采用锚杆、锚桩或钢支撑支护等，必要时可边挖边衬，作好岩体渗漏水及施工用水的引排，以保证施工中的安全。(5)断层的处理系重要隐蔽工程，断层破碎带开挖修整完毕后，应进行基础验收工作，由测量、地质人员进行的竣工测绘和地质素描以及工程、水文地质说明等资料交验收部门进行验收，未经验收不得进行下一工序的施工。2)施工方法断层破碎带的开挖系不良地质地段施工， 应以浅钻孔， 多循环， 弱爆破的原则进行开挖工作， 对各类洞室开挖，断面较小的可采用全断面掘进

20、方式，对断面较大的采用先导洞后扩挖的方式；并应根据地质条件及时做好支护工作，其开挖方式归纳如表11-2-5,开挖手段分两类：(1)采用工具和机械开挖。以人力开挖为主的有镐凿、撬挖、钢钎锤击以及圆柱楔形劈块胀劈等方法。常用的手提式机械有电镐、风镐、风钻。特殊部位也有用一般钻机或大口径钻机钻孔或连锁造孔。(2)进行控制爆破和静态爆破。断层开挖宜采用控制爆破和静态爆破。控制爆破有龟裂爆破、预裂爆破、光面爆破等。静态爆破可解决爆破震动、飞石等问题并能减轻劳动强度，提高工效，且施工方便安全。工程中使用的SCA膨胀剂，灌注在孔径30mrrr50mm孔深为1m1.5m的钻孔中，经10h24h可形成30MB5

21、0MR的固体膨胀压力。在慢加荷的形式下胀碎岩石。钻孔孔距一般为0.4m0.6m,水剂比0.30.35。断层开挖应与石方开挖及混凝土浇筑系统（包括风、水、电供应）的主要机械设备和设施相衔接。2回填混凝土1混凝土特性指标混凝土的抗压、抗裂、抗渗、抗侵蚀等各项指标应分别满足设计要求及施工和易性的要求。表11-2-5断层塞开挖方式分类开挖方式适用条件施工特点按坝体纵缝整段开挖断层宽度124m,纵贯坝基场地开阔，干扰小，施工简便，进度快，效率高，成本低按坝体横缝分段开挖.断层宽度大于4m,或深度大于6m；.断层横切各坝段，开挖影响坝身混凝土均匀升高各坝段处理范围一般应扩大10m15m,要控制爆破；或者至

22、少大于2m3m,使用非动态爆破开挖。施工场地分隔、狭窄，工序之间干扰较大，作业安全条件差全深度一次明挖1.分小段间隔置换.较开阔的河床段，深挖的断层倾角小于60;.岩体为反倾角夹层，大裂隙切割；.岩体已受荷载或因卸荷而可能引起变位或不稳定以23小段为一组，各自间隔开挖和回填混凝土置换。每小段取5m7m,边坡1：0.11：0.3。混凝土浇筑后，至少间隙57d,再开挖相邻构造岩分小段顺序置换断层横切（斜切）岸边陡坡若干坝段。构造和岩体情况同上所述向山坡逐段顺序开挖和回填混凝土置换。出渣方式有二类；直接装吊运出；通过相邻坝段的预留廊道转运或另设平洞往下游弃渣大口径钻孔置换在有永久建筑物地区或地基承受

23、荷载情况下采用。断层倾角大于65,宽度小于2m；具备或预留施工平地；基本没有钢筋、预埋件，孔深一般不宜超过10m15m周围岩基宜先用高压水泥灌浆固结、 堵漏。 孔径一般为1ms按断层宽度分为孔柱型和连锁型二类。最好采用干硬性混凝土回填全深度分层开挖洞挖或混合式开挖1、断层处于狭窄的河床段、过水坝段，坝身须升高挡水。断层宽1m-4m,倾角陡直，两侧岩体稳定，较坚硬完整；2、高边坡深槽，宽1m-2m3、断层贯穿坝头或切割坝肩，并倾向上游1、断层上口按混凝土塞要求明挖后，顶部覆盖混凝土。断层下部转为洞挖；2、分层立体洞挖；3、分层开挖，做好洞顶混凝土支撑拱。分段开挖回填，顺序置换1温度控制为保证混凝

24、土塞的完整性以及与岩壁可靠结合，混凝土的温度控制一般可采用下列措施：(1)预冷骨料，采用低温水、加冰拌合；(2)采用低热水泥和合理的水泥用量；(3)采用改善骨料级配，掺用混合材、外加剂和控制混凝土坍落度和级配；(4)严格控制混凝土入仓温度，一般不高于10c15c(等于或稍低于基础温度为宜)或控制基础允许温差；(5)采用冷却管进行早期冷却，降低混凝土水化热温升高峰值。一期冷却通水期一般为10d15d,允许水管冷却温差20c25C,允许冷却速度1.0C/d1.5C/d。 混凝土塞在接触(回填)灌浆前按要求进行二期冷却。(6)掺膨胀剂。采用MgO寸其掺量为胶凝材料总量的5现内。常用冷却水管种类见表1

25、1-2-6。表11-2-6冷却水管种类种类直径(mm)引管型式管距(m)层距原尺寸膨胀后(m软质塑料管1930水平1.0左右2.02.5充气拔管2538钢管2532垂直或水平1.01.52.0257-a7ad-057e89a5de67-Numbered_441569b6-1cf2-4a8e-ae布设加强钢筋断层开挖后，在拐角、突变处和受力集中、结构需补强的部位，必须布置加强钢筋,以防止或限制混凝土塞开裂。加强钢筋应按设计要求进行设置。257-a7ad-057e89a5de67-Numbered_441569b6-1cf2-4a8e-ae分缝和接缝型式(1)断层一般采用整体回填浇筑：需分段时，一

26、般应与坝体分缝一致。(2)分缝应正交断层走向：断层宽度小于1m2m时，可有不小于45夹角。(3)接缝可参照坝体横缝要求施工：最低处的接缝灌浆干管需在底部并联增设一节管路，作为备用，以免管路系统不通或失效。257-a7ad-057e89a5de67-Numbered_441569b6-1cf2-4a8e-ae槽坑排水混凝土浇筑时要做好截引、排走地面和槽坑底的水流。防止积水随混凝土浇筑升高，沿岩壁流淌，带走水泥浆或稀释混凝土。渗流较大时，可利用岩壁浅孔固结灌浆堵漏，或临渗水面设置暗沟，将水引至邻近坝段积水坑抽排。常用排水设备有电动潜水泵、风动水泵等。257-a7ad-057e89a5de67-Nu

27、mbered_441569b6-1cf2-4a8e-ae混凝土浇筑断层破碎带岩石开挖完毕后，应尽快回填混凝土，避免岩石长期暴露松驰。断层破碎带所浇筑的混凝土配比一般采用三级配，对洞室顶部及狭窄部位采用二级配或一级配。断层破碎带浇筑地点分散，工作面狭小，混凝土的进料、平仓、振捣较困难，多用人工操作。除表部槽塞混凝土可直接用吊罐入仓外，地表以下的槽塞、洞、井、墙等部位均需转运及贮料分料设施。混凝土的入仓方式，常采用搭设脚手架手推车，皮带输送机，混凝土搅拌运输车，溜槽、溜筒，混凝土泵等方式，应因地制宜，根据不同部位和结构形式选择。混凝土运输设备和运输能力应与拌合、浇筑能力、断层具体情况相适应，尽量缩

28、短运输时间，减少转运次数，避免混凝土在运输过程中发生分离、漏浆、泌水过多降低坍落度等现象，以保证断层混凝土的质量及浇筑工作顺利进行。.补强灌浆岩壁、洞壁接触灌浆这种灌浆是加强混凝土塞与岩壁结合的重要措施。混凝土浇筑前预埋灌浆管(盒)的灌浆方式如表11-2-7,混凝土浇筑后通过钻孔进行接触灌浆的方式见表11-2-8。部位型式工作内容优缺点岩壁表面贴一次性灌浆盒岩石表面抹平、 贴盒、周边水泥抹堵混凝土浇筑前设置，可按实际情况布点。但浇筑时易移位、堵塞；易被固结灌浆串堵贴一次性塑料管?16mm19mm薄壁软塑料管，出浆段剪成两半， 修成燕尾形，应压扁贴岩面孔内 （包括 固 结孔 再 利用）一次性短管

29、长150mm-200mm?19mrrr25mm钢管切斜口， 孔口用棉丝和水泥抹封；钻孔孔径40mnr50mm混凝土浇筑时不移位，但可能被固结灌浆串堵外有乳胶套的短管?25mmi冈管，沿直径锯十字形缝，外套薄乳胶套，孔口处绕棉纱头封堵；钻孔孔径40mm右可减免浇筑或固结灌浆时的堵塞，但出浆点偏少外有橡皮套的短管?25mm管，花眼孔径宜小（?5mm-6mm）而密。封管底，套软可供二期混凝土冷却后浅孔内 （包括固结孔橡皮套（自行车内胎），上套口平岩面，钻孔口绕棉纱嵌堵一次性使用再利用）重复灌浆盒风钻孔径60mm重复灌浆盒用二条橡皮带作引道，孔底用双楔木柱块固定生根便于固定，适应后期灌填或二次重复使用

30、，但二期的排水排气条件不良表11-2-8通过钻孔进行接触灌浆的方式钻孔方式施工部位优缺点使用风钻孔穿过混凝土钻灌浆孔（兼做固结灌浆）由混凝土塞顶打孔，至少钻入岩石0.5m适用于混凝土浅塞中施工，可孔内循环灌浆。但常同混凝土浇筑和冷却发生矛盾使用机钻钻深孔 （可兼深孔固结灌浆）由廊道或平洞内钻深孔灌浆时间灵活，可分段钻灌，提高灌浆压力、保证灌浆质量。但钻孔工作量较大注：灌浆孔间距一般为1.5m3m,排距1.0m1.5m,灌浆压力0.3MPa0.6MPa。洞塞顶面回填与灌浆常用的方法有预埋灌浆管路和钻孔两种，填灌的材料有水泥浆、预填骨料、砂浆或一级配混凝土。一般应保持有二次或多次回填灌浆手段，力求

31、消除因混凝土收缩而引起的空隙、细缝。有些工程使用膨胀水泥以减少缝隙，也是可取的。常用回填灌浆形式有管道式（图11-2-3）和钻孔式（图11-2-4）。补强固结灌浆表11-2-9补强固结灌浆分类分类孔径（mm入基岩深度（m）孑L距（m m排距（m m）灌浆压力（MPa断层塞岩壁风钻固结灌浆孔（或斜孔）40503512230.3I序孔或混凝土浇筑前施工口序孔或混凝土浇筑后施工11-2-5断层影响带补强固结孔1-深孔，一般10m20nl2-浅孔，一般5m图11-2-3管道式洞顶回填灌浆系统1-灌浆管；2-排水排气管;排气孔；4-灌浆孔3-排水3-1-图11-2-4钻孔式洞顶回填灌浆系统廊道；2-钻孔

32、或埋管；补强固结深孔补强固结灌浆分类见表11-2-9和图11-2-5。.观测仪器为检查设计与施工的正确性，验证断层破碎带处理效果，监测安全运行，应埋设观测仪器。在断层影响带埋设的主要观测仪器见表11-2-9。各类仪器埋设前须进行率定,埋设与维护应由专人进行，保证仪器的完好率。仪器埋设后应尽早观测取得初始数据，定期观测的资料应及时分析整理，提出观测成果，观测过程中发现异常，应及时报告并分析查找原因。表11-2-9断层影响带埋设的主要观测仪器仪器说明倒铅垂线一般埋设在处于高应力部位或坝趾附近的断层（倾向上游）处。使用岩芯钻机钻孔，孔径?150mm-300mm穿入断层下盘。监测断层压缩变形或岩体变形

33、滑动及其发展趋势温度计观测混凝土塞内部温度变化过程，为接触、回填灌浆提供依据测缝计监测大跨度混凝土深梁、 大体积洞填筑的混凝土在岩壁处混凝土与基岩面结合情况和张开度渗压计测记断层因阻隔渗流或横切坝基的断层（迎渗水面侧）渗水压力分布应力计、应变计测量混凝土梁底部或两侧的应力、应变状态多点变位计、岩石变位计对断层进行变形监测岩石声波测定和钻孔静弹模量测控制围岩施工过程和鉴别处理后的效果第三节工程实例.陈村水电站断层处理工程地质问题陈村水电站重力拱坝最大坝高76.3m。坝基岩石为志留系滨海沉积的石英细砂岩、泥质砂岩和砂质页岩互层组成。岩层倾向下游偏左岸，倾角40。主要断层有F11、F31、F32等。

34、F11断层横切在左河床坝基中部，倾向上游。坝基岩体因层间错动和陡裂隙切割，向断层滑移（断层被压缩）引起不均匀变形和坝体应力集中。7坝段附近断层正居坝趾处，坝基应力较大，又有F18断层的反倾向组合，易产生深层滑动。6坝段以左断层横切坝肩，使左岸坝基相对压缩变形过量，影响整体稳定和降低超载安全系数。这段工程处理是在坝体业已建成和部分蓄水条件下进行的，因此增加了施工难度。F50、F31断层穿过帷幕，其两侧影响带存在集中渗漏和危及断层的渗透变形，水泥灌浆主副帷幕完成后，地下渗水流速仍达96.6m/d105m/d。717坝段防渗帷幕处于Fii断层上盘，微细裂隙发育，渗水性强。防渗帷幕的透水率达不到设计要

35、求。断层构造岩为相对弱透水体，幕后渗压水流却被它阻滞和集中于坝基之中，恶化基础面和岩体深层滑动面处的渗透压力值。处理措施(1)河床段断层塞按固端混凝土梁处理。见表11-3-1和图11-3-1.(2)岸坡7坝段混凝土深塞处理按最不利的夹泥层间错动面控制，顺断层明挖达13.5m,见图11-3-2。表11-3-1陈村水电站坝基断层处理深度坝段混凝土塞深度d(m)断层宽度(m)混凝土塞高宽比底部b平均Bd/bd/B一般4.58.61.84.05.08.02.03.30.71.6157.05.69.61.30.7图11-3-1陈村坝基河床段断层处理1-冷却水管；2浅孔固结孔；3深孔固结孔；4重复灌浆盒;

36、5一接触灌浆管；6纵缝；7一倒垂线孔图11-3-2陈村7坝段坝基Fii断层深塞处理1-间错动面；2深孔固结孔；3一坝脚加宽2-(3)Fii断层洞挖回填处理在已建成的5、6坝段坝趾下游，开挖深15m,长20m的置换洞切断Fn,见图11-3-3.图11-3-3陈村坝基F11断层洞挖处理1-层面或层间错动；2深孔固结孔；3观测廊道；4地质平洞；5一出渣平洞Fii断层洞挖回填处理分四个施工阶段进行：1)施工准备工作：洞顶开挖、浇筑混凝土支撑拱和洞脸。在高程68m处设出渣平洞，断面为2x2.5m,由断层下盘接通下游左岸进厂公路。2)开挖断层和回填混凝土：全长分三段，向山里逐渐置换。自上而下松动龟裂、撬挖

37、整修，人工装料，斗车出渣。自下而上回填混凝土，并在68.0m和78.56m高程留廊道,以便施工和观测。3)由预埋管路进行壁面和拱顶水泥回填灌浆：水灰比0.5：10.6：1。4)廊道内用YQ-100型坑道潜孔钻打扇形深孔固结孔，兼作一次补强回填灌浆；在坝后山坡对断层上盘岩体进行深孔固结。在混凝土和岩石以及接缝处，按施工监视和运行观测要求，埋设温度计、测缝计和应变计等。(4)加强帷幕灌浆处理F50、F31断层防渗封闭是在混凝土塞的基础上，采用加强帷幕灌浆处理。断层塌孔段用浓水泥浆由钻具输入搅灌封填。最后在主、副水泥灌浆帷幕间，增设丙凝灌浆帷幕，严密封闭断层影响带的微细裂隙。(5)增设丙凝灌浆帷幕8

38、17坝段在主、 副水泥灌浆帷幕之间， 增设一排丙凝灌浆帷幕， 孔距1.5m2.0m,幕后设二道排水孔，见图11-3-4、图11-3-5,穿遇断层的孔段均以水泥浆回填封闭。图11-3-5陈村12坝段剖面图1一主帷幕，孔距1.5m、深55F60m2一副帷幕,孔距1.5m,深35m40m；一帷幕底线3一丙凝帷幕；孔距1.5m,深55m;4一排水孔1.3处理效果(1)经95.6%设计水头的运行，F11断层处的倒垂线观测，位移变化较小，受水位变图11-3-4陈村817坝段帷幕线地质剖面图化影响不明显，如按无断层、不考虑温度条件的有限元计算，拱冠正垂的位移为1.7mm,处理后为1.65mm)(2)7坝段原

39、来抗滑安全系数0.67。处理后由于可靠地支撑了坝基岩体和安全传递荷载，对深层抗滑稳定有明显改善。(3)处理后，6坝段位移由3.2mm减为1.6mm；右坝头整体稳定安全系数4.88,大坝顺河向整体安全系数为4.15。(4)丙凝灌浆后显著改善了防渗效果，见表11-3-2。表11-3-2陈村坝基帷幕防渗效果项目帷幕灌浆项目帷幕灌浆水泥帷幕丙凝灌后水泥帷幕丙凝灌后设计透水率12.0建成后幕体透水率(Lu)30.5设计幕后剩余水头系数0.50排水孔71水量(L/min)45.00实际幕后剩余水头系数0.500.155钻孔扬压力(m)接近库水位不涌水实测幕体最小安全度0.225孔序透水率递减不明显明显极限

40、水力坡降5.0地下水流速(m/d)53.496.6允许水力坡降2502.凤滩水电站左坝头稳定处理工程地质问题凤滩混凝土空腹重力拱坝，坝高112.5m。左岸基岩为前震旦系浅变质的紫色及灰绿色长石石英岩及砂岩。岩层倾向河床偏下游，倾角3339。岩石新鲜致密坚硬，但夹有多层厚1cm20cm的薄层砂质板岩和粉岩，挤压错动后形成破碎泥化夹层。其中10号、15号、39号夹层性质极差。左岸有一系列张扭性的断层横贯坝基和坝头，主要有F22、F1、F23、F25和距拱端11.5m的F100等断层。除F100、倾向山里外，其它均倾向河床，倾角75。80。，见图11-3-6。坝前有山溪深切，夹层和断层在库内出露，并

41、穿过坝头延至坝下游。因此，将导致拱座基础不均匀变形，危及坝基或下游边坡的稳定。图11-3-6凤滩工程左岸断层分布处理措施左坝头处理采取深挖清除、混凝土井塞和洞塞、深孔固结、防渗帷幕和排水等综合措施，见图11-3-7。图11-3-7凤滩左坝头地基处理及地质剖面图1-坝轴线；2-混凝土井塞；3-阻水帷幕；4-灌浆洞；5-混凝土洞塞；6-排水洞;7-排水孔；8-混凝土封闭；9-原地面线(1)结合开挖形状要求，将F23、F25断层分别与39号、15号夹层相交的上部岩体全部深挖清除。最大垂直开挖深38m,水平长45nl(2)开挖回填混凝土塞1)对基坑巳、Fi、F23、F25、断层作明挖回填混凝土塞，高宽

42、比为1.6,壁坡不大于1:0.5。补强灌浆孔的孔距2m,深6m-7nlF1断层在帷幕处开挖加深，采用混凝土井塞，长和宽均为2m,实际深度9.3m(断层带泥质已逐渐减少，以至尖灭)。3)在坝顶的帷幕灌浆洞内，沿F100断层开挖浇筑混凝土井塞(塞周边接触灌浆为帷幕灌浆代替)，长3m-4m宽2m,深46.5m(至15号夹层以下)。坝顶边坡地段的断层，用混凝土封闭。1坝段分别在高程178.0m和187.0m,沿10号夹层开挖两条平洞，长21m和27m,宽2m,高3m-4m。洞塞周边作接触灌浆，其中187.0m高程混凝土洞塞沿帷幕穿过F100断层4.5m,并与井塞连结。对在拱应力范围内的夹层的上覆岩体，

43、布设固结深孔，伸至夹层以下5m。(3)断层和泥化夹层地段， 帷幕孔加深达60m在排距1m的两排水泥帷幕中间加一排化学灌浆帷幕， 孔距1.5m0幕后排水孔穿过夹层地段，下2m花管，并以化学灌浆将夹层封闭，以防管涌。(4)坝基和坝后设三条排水洞，断面为2.5mX2m马蹄形。1号、2号排水洞位于幕后15m(高程175.0和142.0m),伸入山体136m和106m=两洞之间以孔距12m,孔径0136mm勺钻孔相联。3号排水洞位于幕后25m的山体中(高程121.0成，洞长76m各排水洞每距3m的断面上钻设放射状排水孔8个，孔深5ml孔彳飞皂42mm.安砂水电站坝基防渗和断层处理工程地质问题安砂混凝土宽

44、缝重力坝，最大坝高92mo坝基岩石为石英砂岩，石英砾岩夹薄层千枚岩，岩性坚硬。坝址位于强烈褶皱处，受构造切割风化破碎，完整性差。断层和夹层引起滑动、沉陷、渗漏是工程的主要问题之一。主要断层有：(1)右岸F12顺层逆冲断层，贯穿整个右坝头，断裂张开0.2m0.4m；(2)左岸10坝段F26断层通向水库，宽1.2m；F8断层宽1m1.5m。软弱夹层主要是糜棱岩化的千枚岩以及石墨、无烟煤层等，厚1cm-50cmi大部分已风化，沿层间分布广、埋藏深，无法逐一挖除，一般灌浆也难以处理。夹层与水库相通，夹层两侧（接触带）是良好渗水通道。右岸存在承压水。处理措施坝基防渗采取混凝土防渗墙下接水泥灌浆帷幕的形式

45、。 对断层作了明挖断层塞及洞挖深井、 平洞回填混凝土处理。防渗墙宽2.0m,插入两岸深度：右岸20m30m,最大35m；左岸及?见床约15m河床5、6坝段因岩石新鲜，夹层较少，改为齿槽处理。防渗墙采用分层立体开挖。每层高度约10m,各层间留有2.0m厚的分隔层，待混凝土浇筑到接近时再挖除。各层开挖用上导洞下扩或下导洞上扩法。混凝土采用90d015,抗渗S8。与坝体系分开式连接，设有止水片。墙和岩基布置接触灌浆。防渗墙共计4254m3,石方开挖10167m1回填混凝土9207m3。见图11-3-8。水泥灌浆帷幕一般为二排，河床段为三排。排距0.75m孔距1.5m,孔深39m（墙加幕的总深约为水头

46、的一半）。右岸切入山坡70m；左岸34m。 幕前中压固结灌浆， 孔深18m。 灌浆压力最大取45倍水头值， 实测2.5MPa。工作量共计16000m。幕后设排水孔，孔距3m,孔径0110mmo孔内下花管，内径041mm=管外包扎二层棕皮，孔内填河砂作为反滤料。图11-3-8安砂水电站坝基防渗墙、井、齿槽布置示意图1一灌浆廊道；2深井；3、4一左、右岸防渗墙；5一齿槽；6煤岩处理洞;7F26处理井；8交通洞；9一灌浆平洞；10断层处理洞左岸10坝段F26混凝土塞深2s帷幕处防渗井深40m,其中右侧与混凝土防渗墙衔接。右岸F12沿断层面，在208m和206m高程，均开挖平洞，深16m,断面2mx3

47、m,回填混凝土，增强岩层面的抗剪能力。右坝肩单薄，在坝下高程197m和236m各设一排水洞，深57m和32m各洞之间用排水孔连接成排水幕，确保岸坡稳定。.龙羊峡水电站坝基防渗和断层处理工程地质问题龙羊峡枢纽挡水建筑物包括最大坝高为178m的重力拱坝，左右岸重力墩，左右岸副坝(重力坝)等.坝区地质条件为两组断裂(即NNWA和NE组)所控制，其岩体经多次构造活动断裂发育.特别近坝坝基岩体内有8条较大断层存在，断层规模大，性状差(见表11-3-3),其深层变形，坝间抗滑稳定和防渗，下游消能区岸坡稳定等问题较为突出.处理措施为了满足重力拱坝抗滑和变形稳定的要求，对8条断层采取了不同的处理措施.断层深部

48、特殊处理主要对F120、F73、F18、F71等断层进行深部特殊处理，针对不同断层、不同部位和不同工况，分别采取网格置换、一般为H型传力洞塞、抗剪洞塞、地表传力槽塞、地表加深混凝土塞等措施。表11-3-38条主要断裂特征值表(处理前)名称产状力学性状计算宽度(m)夹泥及糜棱岩厚度(m)变形模量(GPa)距坝最近距离(m)F18NW350NEZ60压扭40.1左2.33右2.17坝下F71NW340350,S 怔85压扭30.052.648F73NW335350,NE/5064压扭3-40.082.615F120NE40,SE/70张扭61.0-2.00.6233GNE20,NW/8085张扭1

49、0无1.823F57NE60,NWT85张扭30.012.33坝下F67NW340NE9.1名称MRS垂直向长度（m）283327左水平向长度（m）304030斥安全系数126.98.16.710注：（）表示安全系数N2,表示安全系数N3断层处理施工在断层开挖时，由于应力的解除基础岩体会发生局部回弹。为加固起见，采用了后张高强度预应力锚杆。混凝土回填处理（1）高压水枪开挖爆破开挖会影响断层周围的好岩石，因此断层带的开挖使用了喷嘴口径为1577mm的水枪，在10MPa的压力下喷射2m3/min左右的高压水。主要施工设备有水枪、带有400kW马达的涡轮泵以及连接水枪和涡轮泵的管道。由竖井和隧洞组成

50、的总长2640m的网络，作为施工人员和设备进入断层的通道，并设置了排水系统和出硝路线。在左右岸各设置一台和两台涡轮泵，压送10MPa的高压水，经150mm直径的管道，通向施工隧洞内的水枪。在两岸下游约50m处，开挖了两条直径2m的斜井。一条作为出硝斜槽，另一条作为布置管道和人行道之用。从斜井开始每隔约10m净距开挖宽2m、高2.5m的交通隧洞，与处理断层面中的工作隧洞相连（图11-3-17）。施工废水由隧洞底部经出硝斜井向下游排出。隧洞中铺设轨道，石硝用斗车经由交通隧洞送到出硝斜井，然后再通过轨道从斜井底部运出。主要断层的宽度几乎都小于1m,有的为几厘米，有的则为几米。断层带一般有130cm宽

51、的砂质粘土夹层。沿粘土的每边有几十厘米宽的破裂岩石。上述断层带和周边的破碎开挖分层确定为10m左右，这是因为水枪出水率与有效射距约为5m。喷射水由装置在2m宽和25m高的水平施工隧洞中的水枪向下与向上喷射，可以开挖每层的顶端和底端(图11-3-17)。断层处理的水平长度差不多为30m,为了限制由于开挖时基础岩体内的应力解除，致使断层周围岩石回弹，将需处理的断层分成每块约10m长的三块，每块开挖后立即回填混凝土。按规定的时间待混凝土大致凝固后，再进行第二段的开挖和混凝土回填工作。开挖速度是有控制的。地下开挖的空洞由许多支柱支撑，使开挖时断层周围岩石的回弹减到最低限度。在日作业时间表中，开挖和准备

52、工作12h,支撑和出硝6ho事实上即使根据断层带的地质情况，开挖速度有所变动，但大多也控制在10m3/d左右。施工期的量测结果表明，岩石性状正常。(2)混凝土浇筑每层的挖方为150200m3,开挖完毕后立即回填混凝土。开挖层底部的施工隧洞，待周围岩石灌浆后，再回填混凝土。一次浇筑层约为10m。混凝土从明挖的拱座面运送，一般使用皮带运输机和溜槽，有时用混凝土浇注机。(3)灌浆岩石，可用喷射水开挖，平均开挖宽度约为1.7m。图11-3-17断层处理方案示意图断层带回填混凝土后，在开挖层边界的施工隧洞中向周围岩石灌浆。灌浆孔总进尺为13078m,按图11-3-19所示的标准布置图，在最大压力1MPa下进行灌浆，以使岩石与混凝土接触良好，并使岩石周壁固结和止水。灌浆记录表示平均吸浆量为59kg/m,小