第十一章断层破碎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、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技术处理措施。
表11-1-1 断层类型断层破碎带的处理，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）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，断层处理可以采取的各种型式分别如表11-1-4、表11-1-5和表11-1-6所示。
续表11-1-4续表11-1-4续表11-1-5续表11-1-5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第二节断层混凝土塞1. 断层开挖1.1 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）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0.5～1.0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。
注: d——断层开挖深度，m；b——断层底部宽度，m；B——断层平均宽度，m。
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（3）按施工条件确定开挖深度。
断层宽0.1m～0.5m，一般开挖深度1.0m～1.5m；用高压水枪或钻孔连锁施工，挖深可达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8m～15m。
（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～20m。
（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50m。
1.2 坝外处理范围确定断层坝外处理范围的方法见表11-2-4和图11-2-2。
图11-2-2 断层处理范围图11-2-1 断层混凝土塞深度曲线1.3 断层破碎带开挖和岩面修整1.3.1 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。
（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。
1.3.2 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30mm～50mm，孔深为1m～1.5m的钻孔中，经10h～24h可形成30MP a～50MP a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0.4m～0.6m，水剂比0.3～0.35。
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2.1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。
2.2 温度控制为保证混凝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10℃～15℃（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10d～15d，允许水管冷却温差20℃～25℃，允许冷却速度1.0℃/d～1.5℃/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时其掺量为胶凝材料总量的5%以内。
常用冷却水管种类见表11-2-6。
2.3 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。
2.4 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1m～2m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。
2.5 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。
2.6 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。
3 .补强灌浆3.1 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。
表11-2-8 通过钻孔进行接触灌浆的方式注：灌浆孔间距一般为1.5m～3m，排距1.0m～1.5m，灌浆压力0.3MPa～0.6MPa。
3.2 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)。
图11-2-3 管道式洞顶回填灌浆系统图11-2-4 钻孔式洞顶回填灌浆系统1-灌浆管；2-排水排气管；3-排水 1-廊道；2-钻孔或埋管；排气孔；4-灌浆孔 3-补强固结深孔3.3 补强固结灌浆补强固结灌浆分类见表11-2-9和图11-2-5。