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1、第十一章 断层裂开带处理第一节 概 述水利水电工程的地基常会遇到节理发育的岩层、脆弱夹层、断层裂开带或断层交汇带，这些地质缺陷均需进展妥当处理，以保证施工过程及工程建成后运行的安全。断层裂开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，必需具有具体的地质勘测资料和试验数据，主要内容有：（1） 断层裂开带的规模、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） 断层裂开带的渗透特性等。依据地质和试验资料，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
2、形式进展分析争论，确定处理方案和工程技术处理措施。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 性上盘顺重力作用方向下降倾，角5060 张性断层构造面粗糙不平,常具有次生正断层以上物质充填逆断层上盘逆重力方向上升倾角大于45,称冲断层压性断层倾角小于45,称逆掩断层构造面多呈波状起伏,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)性断层正逆平移断层兼有复合断层的特性，依次序、规模有主次张性压性或不同组合之分兼扭性断层裂开面光滑、平坦，多呈闭合状兼有复合断层的特性，依次序、规模不同有主次之分断层裂开带的处理，工程技术简单，施工难
3、度大，质量要求高，安全问题突出。为 确保处理工作经济、合理、按期实施，重大断层裂开带处理应编制特地的施工组织设计。原编写：薛志荣改编：刘瑞源、张中裕、陈国才审稿：郑治37名称形成环境在构造作用下形成的，由微细颗粒断层泥组成的粘土岩遇水表 11-1-2 构 造 岩 的 特 性性 质隔水性能强，厚度变化大，有数厘米到数十厘米，有的可达 1m2m，紧靠断层主滑移面，在巨大裂开带中有很多断层面组合，工程地质特性 岩体构造面抗剪强度参数 c、 值很低，常是抗滑稳定泥化而成每个断层面上均有泥质物，有的呈层状分布 分析中的掌握因素在结晶岩中的糜棱岩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
4、的碎屑粉以及各微小的岩粒胶结而成，一般胶结较牢硅质、钙质、铁质抗压强度由数兆帕到十余兆帕被挤压碎，并有肯定转动。其中未胶角砾岩结的角砾岩多发生于软硬相间的岩体之中有多 为 胶有 棱 角 的 结岩 块 及 半 的浑 圆 形 岩块，大小几何 形 态 不未一，岩块一胶般 均 较 坚结硬的等胶结者则较坚牢，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为杂乱无章的碎屑岩块及岩粉和泥质物的简单组成物。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一般较好，其中脆弱泥化夹层的工程地质性能较差性质很差，假设有地下水存在问题更严峻多发生在坚硬压碎岩岩层中，被切割成带棱角的岩块不规章的网状裂
5、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，工程地质特性较好。如存在脆弱泥化构造面仍有塌方可能，需具体分析劈 理 带裂开岩褶 皱 扭曲 带 裂开岩多发生于硬脆的岩体中多发生在脆弱柔韧的薄层岩层中呈高密度的裂隙带，根本上是原地裂开的。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，但有明显的方向性与构造裂开带严密相连，可为断层拖拉影响，也可为与其它构造岩同时卷入的裂开带，往往伴生一系列小断层。岩石扭曲裂开并有泥质条带开挖面与其平行，易滑坍；受垂直力时易压缩变形，沿劈理带易渗水具有连续变形的特点，本身阻水， 接壤部常有渗水表 11
6、-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 位贯 穿 河 床倾角，以及与不利构造面组合 重力式、支墩坝型拱坝、拱型重力坝倾角50集中渗漏，坝基不均匀变形坝基集中渗漏，墩基集中渗漏，侧走 向 与 河流 平 行 或接 近 平 行斜切贯 穿岸坡坝基贯 穿坝头或坝肩坝 前倾角60倾向河床，与其他构造组合，或被下游冲刷深坑深切倾角陡直，倾向河床，与不利构造面结合岩体裂隙侧向张拉变形或减弱下游坡脚防渗帷幕裂开。构成局部滑动或边 坡不稳定施工期坝肩岩体失稳，绕坝渗漏向压缩变形，下游边坡岩体应力集中防渗帷幕裂开，拱座局部不稳定坝头压缩变形过量，坝肩整体不稳定沿坝踵倾角60或倾向下游防渗
7、帷幕被拉裂。坝基不均匀变形走 向与 河 流 垂坝基倾角60倾角60，上游有反倾坝基不均匀变形。阻隔渗流，恶化渗压向断层压缩位阻隔渗流，恶化渗压。拱座变形不均匀或岩体应力集中梁向断层压直 或 接 近角构造面组合移缩变形垂 直 斜切倾角平缓，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，延长入根底应力集中范围内压缩位移拱座变形过量，降低整体安全度倾向下游，被大构造或冲形成深层滑动临空拱座岩体单刷坑深切面薄或不稳定1. 断层裂开带的处理原则（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展。（2） 断层裂开带处理，应尽量承受明挖、回填混凝
8、土的方式。对坝基深部缓倾角或位于坝头、坝肩部位的断层，可承受洞挖混凝土置换、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裂开带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，并实行相应的有效措施。（4） 断层裂开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） 在组织实施断层裂开带处理的全过程中，设计、地质、施工和质量检查及监理部门要亲热协作，准时争论处理施工中消灭的问题。（6） 断层处理往往是建筑物地基开挖清理的连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、关心设施等，一般可在这两个工序的根底上进展调整
9、、充实和 配套。为便于在断层带的狭窄槽坑内施工，宜承受轻松、灵活、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，应满足以下要求：（1） 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，具有相像的弹性模量，削减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需结合具体工程的实际状况，综合考虑以下因素：（1） 断层所处部位、产状、宽
10、度，裂开带组成物和四周岩体的性质、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、布局和对地基提出的要求，以及调整上部构造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，可能到达的工程实际效果和已有的工程阅历等。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，断层处理可以实行的各种型式分别如表 11-1-4、表 11-1-5 和表 11-1-6 所示。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
11、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断层宽度 2 m4m，或1.3 混凝土梁缓倾角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 11-1-4措施图示适用范围1.5 混凝土洞挖浅塞1.6 混凝土支撑体或垫座狭谷河床，深槽或者施工特别需要。要有充分回填灌浆条件深挖基坑的坝趾踵 外岩体坚硬牢靠。断层狭小， 荷载不大的支墩根底2. 主要承受水平荷载2.1 混凝土塞或梁2.2 混凝土深塞断层窄且陡陡坡段断层窄，倾角陡， 荷载大2.3 混凝土深梁2.4 混凝土传力洞陡坡段断层宽或者倾角缓荷载大荷载大。坝头有断层组，
12、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、平坦， 岩性坚硬尚完整措施图示适用范围1 用于掌握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，延长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，但地基应力仍不小表 11-1-5 传递基岩中荷载的断层处理形式续表 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状况，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、较平坦1.6 钻孔混凝土连锁桩坝基内断层窄小，较平坦， 围岩完整坚硬1.7 高压水泥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，或与其它措施协作使用续表 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。或岩体较裂开2
