(断层处理)断层破碎带处理

第十一章断层裂开带处理

第一节概述

水利水电，程的地基常会遇到节埋发育的岩层、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1177、

表表由设计结合建筑物等级、规模和形式进展分析争论，确定处理方

案和工程技术处理措施。

表11-1-1断层类型

挖断层两盘•相对位移的方向按断层形成时蜉力状态

类型特性类型特性

上盘顺重力作用方向下降顷角50°〜60°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

上盘逆倾角大于45°,称冲断层压性断层

构造面多呈波状起伏,并具有

逆断层重力方向

倾角小于45°,称逆掩断层相当规模

上升

扭（剪）性断裂开面光滑、平坦,多呈闭小

平移断层两侧岩体仅作相对的水平位,移倾角陡直

层状

正（逆）兼有复合断层的特性，依次序、规模有主步:张性（压性）兼有复合断层的特性，依次月

平移断层或不同组合之分兼拄性断层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

表构造岩的特性

名称形成环境性质工程地质特性

在构造作用下隔水性能强，厚度变化大，有数厘米到岩体构造面抗

形成的，由微细颗粒数十厘米，有的可达1m〜加，紧靠断层主滑剪强度参数c、。值

断层泥

组成的粘土岩遇水移面，在巨大裂开带中有很多断层面组合，很低，常是抗滑稳定

源化而成每个断层面匕均有泥质物，有的品层状分布分析中的掌握因素

在结晶岩中的岩块研磨作用后，失去结晶岩石原有的抗压强度由数

糜棱岩断层居多数外貌，大都由研磨的碎屑粉以及各微小的岩兆帕到十余兆帕

粒胶结而成，一般J,结较牢

珪质、钙质、铁质

有等胶结者则较坚牢，泥

多为一般较好，其中

胶质胶结者则不坚牢

有棱角的脆弱泥化夹层的工

结方解石、石英等岩

被挤压碎，并有岩块及泮程地质性能较差

的脉所充填胶结不太坚

肯定转动。其中未胶浑圆形岩

生

角砾岩结的角砾岩多发生块，大小儿

为杂乱无章的碎

于软硬相间的岩体何形态不

未屑岩块及岩粉和泥质

之中一，岩块一性质很差，假设

股物的筒单组成物。岩块

般均较坚有地下水存在问题

结之间的空间为泥质物

硬更严峻

的所充填或坚硬的岩块

被较弱泥质物所包裹

一般彼此镶嵌

咬合其牢，工程地质

多发生在坚硬不规章的网状裂隙常充填松散的碎屑

特性较好。如存在脆

压碎岩岩层中，被切割成带和粉粒；或充填各种岩脉，如方解石脉、石

弱泥化构造面仍有

棱角的岩块英脉、绿帘石脉等

塌方可能，需具体分

析

开挖面与其平

呈高密度的裂隙带，根本上是原地裂开

行，易滑班；受垂直

劈理带多发生于硬脆的。裂隙面无明显擦痕及光滑镜面，如压劈

力时易压缩变形，沿

裂开岩的岩体中理或破劈理。较压碎岩要完整些，但有明显

劈理带易渗水

的方向性

与构造裂开带严密相连，可为断层拖拉具有连续变形

褶皱扭

多发生在脆弱影响，也可为与其它构造岩同时卷入的裂开的特点，本身阻水，

曲带裂

柔韧的薄层岩层中带，往往伴生一系列小断层。岩石扭曲裂开接壤部常有渗水

开岩

并有泥质条市

表11-1-3断层对坝基可能产牛的不利影响

断层川能产牛的不利影响

走向部位倾角，以及与不利构造而细合重力式、支墩坝型批坝、被型重力坝

贯穿河床

倾角250°集中渗漏，坝基不均匀变形

坳基

集中渗漏，墩基集中渗漏，侧

岩体裂隙侧向张拉向压缩变形，下游

倾角260°

走向与河变形或减弱下游坡边坡岩体应力集

贯穿

流平行或捌中

岸坡坝基

接近平行防渗帷幕裂开。防渗帷幕裂

倾向河床，与其他构造组

（斜切）构成局部滑动或边开，拱座局部不

合，或被下游冲刷深坑深切

此不移宗科定

贯穿坝头压缩变

倾角陡直，倾向河床，与施工期坝肩岩

坝头（或坝形过量，坝肩整体

不利构造面结合体失稳，绕坝渗漏

向）不稳定

坝前

倾角260°或倾向下游防渗帷幕被拉裂。坝基不均匀变形

沿（加踵1

阻隔渗流，恶

坝基不均匀变

化渗压。拱座变形

倾角260°形。阻隔渗流，恶化

不均匀或岩体应

渗压

走向力比中

坝基

与河流垂倾角力60°,上游有反倾向断层压缩位梁向断层压

直或接近母构造而汨,合移缩令形

垂直〔斜倾角平缓，倾向下游。坝梁的抗滑稳

构成滑动面

切）后不利核I浩面组合宗方全素和院任

拱座变形过

倾向上游，延长入根底应

压缩位移量，降低整体安全

力集中范围内

坝后府

倾向下游，被大构造或冲形成深层滑动临空拱座岩体单

_E___________薄或丕稳定

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、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表11-1-5和表11-1-6所示。

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o.6m-2.0m,

倾角陡

1.2混凝土才、断层宽度大于4m,倾角

陡，两侧岩面坚硬且较完整

断层宽度2m〜4m,或

1.3混凝土梁缓倾角

1.4混凝土深断层宽度大于4m,位于

塞（梁）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

狭谷河床，深槽或者施

1.5混凝土洞

工特别需要。要有充分回填

挖浅塞

灌浆条件

深挖基坑的坝趾（踵）

1.6混凝土支外岩体坚硬牢靠。断层狭小，

撑体或垫座荷载不入的支墩根底

2.主要承受水平荷载

2.1混凝土塞

断层窄且陡

1或梁）

2.2混凝土陡坡段断层窄，倾侑陡，

深寒荷帮k

2.3混凝土陡坡段断层宽或者倾角

深梁缓荷载大

荷载大。坝头有断层组，

2.4混凝土传影响带宽，裂隙发育，或断

力洞层间岩石较坚硬，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混凝土传坝头地形狭窄，岩体较

力槽硬，荷载大或坝头有断层组

坝肩有不利的地质构造

2.6混凝土剪组，断层产状陡、狭、平坦，

力洞岩性坚硬尚完整

表传拂基岩中荷载的断层处理形式

措施图示适用范围

1用于掌握地基压缩或沉陷变形

断层横（斜）切高坝的

1.1混凝土深坝趾或拱座下游侧，倾向上

塞（梁）游倾角较缓或者倾角陡，但

有平缓反倾角构造组合

切割坝肩、坝趾的断层，

延长到坝底（拱座）应力工

1.2洞挖整体

作范围内，倾角平缓，贯穿

式混凝土墙体

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

同上状况，但围岩较完

式（竖井加平

整、坚硬

洞）混凝土体

断层平缓，倾向岸坡，

1.4防沉井

围岩较完整坚硬

1.5大口径直

孔混凝土管柱河床段断层窄、陡、较

群平坦

1.6钻孔混凝坝基内断层窄小，较平坦，

土连锁桩围岩完整坚硬

1.7高压水泥灌后构造岩变形模量提

灌浆或化学灌高，能满足工程需要，或与

浆其它措施协作使用

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

倾角较陡，有反倾角平

2.1洞挖整体

缓构造组合，承受坝基压力

式抗滑混凝土

和剪力，荷载大。或岩体较

墙

裂开

2.2抗滑键或

倾角平缓，较平坦，岩

框架式抗滑键

体坚硬。受水平剪力

群

2.3抗滑斜井纵贯岸坡或坝肩，倾角

或框架式井群陡，改善边坡稳定

纵贯坝肩陡直断层或断层

2.4剪力洞交汇带，围岩坚硬完整。在

抗剪根底上改善应力状态

2.5预应力锚断层倾角较陡，围岩完整，

束不宜作开挖、置换处理

2.6预应力锚

断层倾角较陡，围岩完整

固洞

断裂不发育，不需开挖处

2.7喷锚结合

理，防止断裂进展

断层倾角较缓，围岩较完

2.8抗滑桩

整

表▲1人1「.41•.V6防X止L*集中1T渗3>X漏/Hf>、排水降低渗透压力的断层处理形式

序号措施适用范围

纵贯河床、岸坡坝基。断层较陡、较宽或裂开

1混凝土竖（斜）井

带松散、渗透稳定差。围岩稳定

混凝土塞下接水泥或化学裂开带属相对弱透水体，构造挤压较严密，不

2

帷幕灌浆同程度被胶结，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

布置在纵贯坝头断层的迎河床一侧或横切坝

5排水隧洞或排水孔、洞系统

肩断层的迎上游一侧岩体

其次节断层混凝土塞

1.断层开挖

1.1开挖深度

确定断层开挖深度的方法有：

（1）按混凝土塞构造尺寸打算的开挖深度。见表

（2）按固端梁确定开挖深度。一般适用于宽度大于4nl的断层裂开带。开挖深度依

据坝基应力值，构造岩与颖完整岩石的弹性模量的比值，以及断层裂开带的产状、宽度

等因素通过计算确定，一般为断层裂开带底部宽度的0.5〜1.0倍，可按图11-2-1查得

断层开挖深度。或按阅历公式确定开挖深度，阅历公式见表11-2-2。

表11-2-1断层开校深唐

适用条件bd/bd/3

一般状况0.6-2.02.0〜3.01.5〜2.0

坝基应力区内，断层倾角22.0〜4.01.5〜2.01.0〜1.5

60匚两侧岩石较坚硬_________>4.01.0〜1.50.8-1.1

注：d——断层开挖深度，m；b——断层底部宽度，m；B——断层平均宽度，m。

表11-2-2断层开挖深度阅历公式

使用者公式适用条件

中国安江（宽缝重力坝）d=0.0083bH+C

美国垦务局（夏斯特重力坝和d=0.002bH+5H2150

弗赖恩特坝）d=0.3b+5IK150

d=0.002bH+10b>5

美国大坝委员会（拱坝）

d=0.002bH+5b<5

注：d一—断层开挖深度（安江公式的单位为m,其余为英尺）：b一一断层开挖宽度（英尺）;

H——坝高（英尺）；C——系数，见表11-2-3

表11-2-3系数C

坝高新层常府hfml

11影响范用力2.0影响沛料＜2-0备注

(m)倾角＞65°<50°>65°<50°

>801.10_________2.200.55L10_________H=6吐80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0.1m〜0.5m,一般开挖深度1.On〜1.5m；

用高压水枪或钻孔连锁施工，挖深可达4m〜5叱大口径钻孔可达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151n〜20m。

（6）按有限元法计算的成果确定开挖深度。对较简单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，推断岩体稳定性，确定处理深度并估量处理后坝基条件

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50m0

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

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坝外々卜理范围

类别范围

按上、下游坝坡面延线L-(m+n)d,L=d

I

按岩基挠度影响范围L=L=3m〜5m

中低坝L=L=0.9d〜1.3d

按断层开挖深度d12

高坝_____________L=L=1.5d-2.0d

1.3断层裂开带开挖和岩面修整

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）去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）对岩石裂开及地质较差地段和部位，除加强常规检查外，应对岩体进展监测，

依据不同状况准时实行措施，例如承受锚杆、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，断层裂开带开挖修整完毕后，应进展根底验收工

作，由测量、地质人员进展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

L攵部门进展验收，未阅历收不得进展下一工序的施工。

1.3.2施工方法

断层裂开带的开挖系不良地质地段施工，应以浅钻孔，多循环，弱爆破的原则进展

开挖工作，对各类洞室开挖，断面较小的可承受全断面掘进方式，对断面较大的承受先导

洞后扩挖的方式；并应依据地质条件准时做好支护工作，其开挖方式归纳如表开挖

手段分两类：

（1）承受工具和机械开挖。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。特别部位也有用一般钻机

或大口径钻机钻孔或连锁造孔。

（2）进展掌握爆破和静态爆破。断层开挖宜承受掌握爆破和静态爆破。掌握爆破有

龟裂爆破、预裂爆破、光面爆破等。静态爆破可解决爆破震惊、飞石等问题并能减轻劳动

强度，提高工效，且施工便利安全。工程中使用的SCA膨胀剂，灌注在孔径30mm〜50nm1,孔

深为的钻孔中，经〜可形成〜的固体膨胀压力。在慢加

Im-1.5m10h24h30Mpd50Mpa

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、电供给）的主要机械设备

和设施相连接。

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。

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

场地开阔，干扰小，施工简便，

纵缝整段断层宽度1m〜4m,纵贯坝基

进度快，效率高，本钱低

开挖

各坝段处理范围一段应扩大

1.断层宽度大于4m,或深度大于

按坝体10m〜15m,要掌握爆破；或者至少大

6m；

横缝分段于2nl〜3m,使用非动态爆破开挖。

2.断层横切各坝段，开挖影响坝身

开挖施工场地分隔、狭窄，工序之间干扰

混凝土均匀上升

较大，作业安全条件差

1.1.较开阔的河床段，深挖的断层倾以2〜3小段为一组，各自间隔

全深角小于60°；开挖和回填混凝土皆换。每小段取

分小段

度一2.岩体为反倾角夹层，大裂隙切割；5m〜7m,边坡1：0.1〜1：0.3。混

间隔置换

次明3.岩体已受荷载或因卸荷而可能引凝土浇筑后，至少间隙5〜7d,再开

挖起变位或不稳定挖相邻构造岩

向山坡逐段挨次开挖和回填混

分小段断层横切1斜切）岸边陡坡假设凝土置换。出渣方式有二类；直接装

挨次置换干坝段。构造和岩体状况同上所述吊运出；通过相邻坝段的预留廊道转

运或另设平洞往下游弃渣

在有永久建筑物地区或地基承

四周岩基宜先用高压H泥灌浆

受荷载状况下承受。断层倾角大于

大口径固结、堵漏。孔径一般为1m。按断

65°,宽度小于2m；具备或预留施工

钻孔置换层宽度分为孔柱型和连锁型二类。最

平地：根本没有钢筋、预埋件，孔深

好承受干硬性混凝土回填

一般不宜超过10m〜15nl---------------------

1、断层处于狭窄的河床段、过水坝

1、断层上口按混凝土塞要求明挖

段，坂身须上升挡水。断层宽1m〜4m,

后，顶部掩盖混凝土。断层下部转为

全深洞挖或倾角陡直，两侧岩体稳定，较坚硬完

洞挖；

度分层混合式开整；

2、分层立体洞挖；

开挖挖2、高边坡深槽，宽1m〜2nl

3、分层开挖，做好洞顶混凝土支

3、断层贯穿坝头或切割坝肩，并倾

撑拱。分段开挖回填，挨次置换

向上游

2.2温度掌握

为保证混凝土塞的完整性以及与岩壁牢靠结合，混凝土的温度掌握一般可承受以下

措施:

（1）预冷骨料，承受低温水、加冰拌合；

（2）承受低热水泥和合理的水泥用量；

（3）承受改善骨料级配，掺用混合材、外加剂和掌握混凝土坍落度和级配；

（4）严格掌握混凝土入仓温度，一般不高于10℃〜15℃［等于或稍低于根底温度为

宜）或掌握根底允许温差；

（5）承受冷却管进展早期冷却，降低混凝土水化热温上升峰值。一期冷却通水期一

股为10d〜15d,允许水管冷却温差20℃〜25C,允许冷却速度1.0℃/d〜1.5℃/d。混凝

土塞在接触（回填）灌浆前按要求进展二期冷却。

（6）掺膨胀剂。承受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1卜2-6。

表11-2-6冷却水管种类

W径1(mm)层距

种类引管型式管距（m）

原尺寸膨胀后（m）

软质溺料管1930

水平1.0左右2.0-2.5

充气拔管2538

钢管25〜32垂直或水平____1.0〜1.52.0

2.3布设加强钢筋

断层开挖后，在拐角、突变处和受力集中、构造需补强的部位，必需布置加强钢筋，以

防止或限制混凝土塞开裂。加强钢筋应按设计要求进展设置。

2.4分缝和接缝型式

（1）断层一般承受整体回填浇筑：需分段时，一般应与坝体分缝全都。

（2）分缝应正交断层走向：断层宽度小于1m〜21n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博设一节

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上升,

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

断层裂开带岩石开挖完毕后，应尽快回填混凝土，避开岩石长期暴露松驰。

断层裂开带所浇筑的混凝土配比一般承受三级配，对洞室顶部及狭窄部位承受二级

配或一级配。

断层裂开带浇筑地点分散，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心外，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，常承受搭设脚手架手推车，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，依据不同部位和构造形式选择。混凝土运

输设备和运输力量应与拌合、浇筑力量、断层具体状况相适应，尽量缩短运输时间，减

少转运次数，避开混凝土在运输过程中发生分别、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当进展。

3.补强灌浆

3.1岩壁、洞壁接触灌聚

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）

的灌浆方式如表混凝土浇筑后通过钻孔进展接触灌浆的方式见表

表11-2-7常用的埋管讲屣接触灌桨的方式

部位型式工作内容优缺点

贴一次性灌浆盒

岩石表面抹

平、贴盒、周边水