水利工程施工断层处理方案.docx
《水利工程施工断层处理方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利工程施工断层处理方案.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水利工程施工断层处理方案
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。
表11-2-1断层开挖深度
适用条件
b
d/b
d/B
一般情况
0.6～2.0
2.0～3.0
1.5～2.0
坝基应力区内，断层倾角≥60°，两侧岩石较坚硬
2.0～4.0
＞4.0
1.5～2.0
1.0～1.5
1.0～1.5
0.8～1.1
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断层开挖深度经验公式
使用者
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+5
H≥150
d=0.3b+5
H＜150
美国大坝委员会（拱坝）
d=0.002bH+10
b＞5
d=0.002bH+5
b＜5
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＞65°
＜50°
＞65°
＜50°
＞80
＜65
1.10
1.70
2.20
3.40
0.55
0.85
1.10
1.70
H=65～80时，可用插入法求得
（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1.0m～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。
表11-2-4坝外处理范围
类别
范围
按上、下游坝坡面延线
L1=（m+n）d，L2=d
按岩基挠度影响范围
L1=L2=3m～5m
按断层开挖深度d
中低坝
L1=L2=0.9d～1.3d
高坝
L1=L2=1.5d～2.0d
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30MPa～50MPa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。
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
全深
度一
次明
挖
按坝体纵缝整段开挖
断层宽度1m～4m，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
1.断层宽度大于4m，或深度大于6m；
2.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10m～15m，要控制爆破；或者至少大于2m～3m，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
分小段间隔置换
1.1.较开阔的河床段，深挖的断层倾角小于60°；
2.岩体为反倾角夹层，大裂隙切割；
3.岩体已受荷载或因卸荷而可能引起变位或不稳定
以2～3小段为一组，各自间隔开挖和回填混凝土置换。
每小段取5m～7m，边坡1∶0.1～1∶0.3。
混凝土浇筑后，至少间隙5～7d，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10m～15m
周围岩基宜先用高压水泥灌浆固结、堵漏。
孔径一般为1m。
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～2m
3、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
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。
表11-2-6冷却水管种类
种类
直径（mm）
引管型式
管距（m）
层距
（m）
原尺寸
膨胀后
软质塑料管
19
30
水平
1.0左右
2.0～2.5
充气拔管
25
38
钢管
25～32
垂直或水平
1.0～1.5
2.0
2.3布设加强钢筋
断层开挖后，在拐角、突变处和受力集中、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11-2-7常用的埋管进行接触灌浆的方式
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
ø16mm～19mm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
长150mm～200mm、ø19mm～25mm钢管切斜口，孔口用棉丝和水泥抹封；钻孔孔径40mm～50mm
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
ø25mm钢管，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左右
可减免浇筑或固结灌浆时的堵塞，但出浆点偏少
浅孔内（包括固结孔再利用）
外有橡皮套的短管
ø25mm花管，花眼孔径宜小（ø5mm～6mm）而密。
封管底，套软橡皮套（自行车内胎），上套口平岩面，钻孔口绕棉纱嵌堵
可供二期混凝土冷却后一次性使用
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，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1.5m～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）。
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。
表11-2-9补强固结灌浆分类
分类
孔径
（mm）
入基岩深度
（m）
孔距
（m）
排距
（m）
灌浆压力
（MPa）
断层塞岩壁风钻固结灌浆孔（或斜孔）
40～50
3～5
1～2
2～3
＜0.3
断层影响带围岩机钻固结灌浆深孔（直孔）
56～76
10～20
2～2.5
3.0（2～4排）
＞0.3
4.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ø150mm～300mm，穿入断层下盘。
监测断层压缩变形或岩体变形滑动及其发展趋势
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
升级会员 