乌拉斯特水库坝基断层破碎带处理

娜孜拉·吐斯布那比　栾永泉

摘 要：国内外大坝坝基经常出现不同规模的断层破碎带，处理方案不多且传统性强，目前尚无完善的理论分析研究。根据传统方法处理的大坝基础断层破碎带运行情况良好，未见明显的破坏。本工程根据简明的公式计算断层破碎带处理深度，以供类似工程参考使用。

关键词：大坝；断层；灌浆

1 水库概况及施工中遇到的断层破碎带问题

乌拉斯特水库为Ⅲ等中型工程，坝型为沥青混凝土心墙堆石坝，坝长425m，最大坝高68m。坝顶宽度8m，上下游坝坡均为1：1.8。大坝河床段宽度为120m，其余坝段坐落在岩石基础上。在坝基处理施工过程中，大坝右岸心墙基础开挖过程中发现一条断层破碎带，挤压片理化带呈舒缓波状，总体走向NW290°倾NW倾角80-85°，片理化带北侧的倾角多以80°为主，南侧的倾角多为85°。带宽7m左右，带内片理化发育，多为片状碎裂岩和泥质，呈黄褐色。破碎带与坝轴线交角30°左右，与轴线在0+329-0+343处相交。该处大坝坝高为35m。

2 断层破碎带对工程的影响

（1）断层降低了地基岩体的强度及稳定性，断层破碎带力学强度低，压缩性大，会发生较大沉陷，易造成建筑物沉陷或者倾斜。

（2）断层面是极不稳定的滑移面，对岩质边坡稳定有重要影响。

（3）沿断裂破碎带地段易形成风化深槽及岩溶发育带。

（4）构造断裂带在新的地壳运动影响下易发生新的移动，因构造断裂带是地表薄弱地带，若有新的地壳运动发生时，往往引起附近断裂带产生新的移动，影响建筑物的稳定。

3 坝下断层破碎带处理的理论分析

通过查阅类似工程书籍，坝基岩体中经常遇到不同规模、产状及性质的断层破碎带或断层交汇带，常影响到坝体的安全，对它们的处理乃是一项十分重要的工作。在确定处理方案之前，必须具备详细的地质资料和各项试验数据，包括：断层破碎带的平面和空间位置及其与坝体的相互关系，断层破碎带的产状、规模，构造岩的岩性、物理和水理性质、力学强度指标、断层破碎带的渗透特性等。对于位于坝基以外的，特别是横河方向的断层，当其对坝基深层抗滑稳定、坝基水平位移和压缩变形等有较大影响时，应与坝基范围内的断层一并研究处理。

国外对于断层破碎带的处理亦采用开挖回填混凝土形成梁塞的结构型式，推导了混凝土回填深度的简明计算公式。文章例举美国和日本坝工设计规范计算公式。

美国公式：d=0.002bH+5（适用于H≥150英尺）

d=0.3b+5（适用于H<150英尺）

式中：H-建基面以上坝高（英尺）；b-断层破碎带宽度（英尺）。

日本公式：d=■

式中：n-抗剪断摩擦安全系数；H-作用于断层处理区间的剪力（吨）；V-作用于断层处理区间的法向力（吨）；f-内摩擦系数（包括断层的f值和断层与混凝土间的f值，取其中的小值）；τ0-抗剪断强度（岩石的值和混凝土的值，取其中的小值）（吨/米2）；l-混凝土回填的长度（米）。

对于规模不大，由糜棱岩、断层泥等组成的断层破碎带，当其对坝基强度和压缩变形有一定影响时，可采用混凝土塞进行处理加固。混凝土塞的深度应根据坝基应力大小，构造与新鲜完整岩石的弹性模量比值，断层破碎带的产状、宽度等因素通过计算确定，一般情况，为断层破碎带宽度的1.0-1.5倍。

通过以上理论分析结合本工程实际，采用简明的美国公式。此处坝高小于45m，通过计算，混凝土回填深度为3.8m。另外本处灌浆盖板厚度为1.0m，设计混凝土回填总深度为5.0m。两侧岩石开挖边坡为1：0.5，以此形成混凝土塞。断层位置及具体处理方案见图1。（图中断层破碎带剖面方向与断层走向有一定夹角，故图示宽度超过7m。）

4 断层破碎带处理辅助措施

除上述断层破碎带的处理，以改善坝基受力条件外，还应研究综合加固坝基及改善坝体结构型式。如加强断层区范围的固结灌浆，加大坝体底宽以改善坝基应力，横缝进行灌浆或设置键槽以增强坝体的刚度，适应坝基可能产生的沉陷，为保证回填混凝土与岩壁的良好结合，在边坡区内必要时进行接触灌浆等。同时应制定合适的施工工艺，以保证回填混凝土的质量。此外，还应加强对断层破碎带的防渗排水处理，特别是对透水性较大而贯穿坝基上下游的断层，或者蓄水后可能产生渗透破坏的断层，对它们的防渗处理尤应慎重，并应适当提高处理标准。

本工程原设计为单排帷幕灌浆，双排固结灌浆，间排距均为2m。为了辅助处理此处断层破碎带，将帷幕灌浆加密为两排，并加强固结灌浆。本工程设计为堆石坝，坝体排水性能较好，故不用做专门防渗处理。仅要求在坝基混凝土塞上部与沥青混凝土心墙下游填筑过渡料。过渡料填筑要求为颗粒级配连续，最大粒径为80mm，小于5mm粒径含量为25-35%，小于0.075mm粒径含量小于5%，渗透系数不小于10-3cm/s，相对密度Dr≥0.80。

对于断层破碎带，还可采用混凝土拱的处理形式使坝体应力传送到两侧的完整岩石上，避免断层破碎带产生过大变形，恶化坝体应力条件。但是，混凝土拱的受力条件比较复杂，施工工艺要求高，故在国内只在一些小断层的处理上使用这种方法。本工程位于严寒地区，环境恶劣，并未采用混凝土拱的处理形式。

不论采用何种型式，都要做好断层处理区坝体、坝基的各项观测工作，及时掌握它们的工作条件，如发现有异常情况，应立即研究进行补充处理。

5 结束语

坝基断层破碎带处理问题至关重要，而目前的处理方法不多。本工程根据简明的公式计算断层破碎带处理深度，并做了辅助处理工作，以供类似工程参考使用。其他工程若有条件做相关试验研究可采用比较复杂的日本公式。

参考文献

[1]长江委设计院.混凝土重力坝设计规范[M].水利水电出版社，2005.

[2]长江规划办.岩石坝基工程地质[M].水利电力出版社，1982.