1、11 斷層混凝土塞1.斷層開挖1.1 開挖深度確定斷層開挖深度的方法有：（1）按混凝土塞結構尺寸決定的開挖深度。見表11-2-1。（2）按固端梁確定開挖深度。一般適用于寬度大于4m 的斷層破碎帶。開挖深度根據壩基應力值，構造巖與新鮮完整巖石的彈性模量的比值，以及斷層破碎帶的產狀、寬度等因素通過計算確定，一般為斷層破碎帶底部寬度的0.5 1.0 倍，可按圖11-2-1查得斷層開挖深度。或按經驗公式確定開挖深度，經驗公式見表11-2-2。表 11-2-1 斷 層 開 挖 深 度適用條件b d/b d/B 一般情況0.6 2.0 2.0 3.0 1.5 2.0 壩基應力區內，斷層傾角60，兩側巖石較
2、堅硬2.0 4.0 4.0 1.5 2.0 1.0 1.5 1.0 1.5 0.8 1.1 注:d 斷層開挖深度，m；b斷層底部寬度，m；B斷層平均寬度，m。表 11-2-2 斷層開挖深度經驗公式使用者公式適用條件中國新安江（寬縫重力壩）d=0.0083bH+C 美國墾務局（夏斯特重力壩和弗賴恩特壩）d=0.002bH+5 H150 d=0.3b+5 H150 美國大壩委員會（拱壩）d=0.002bH+10 b5 d=0.002bH+5 b5 注：d斷層開挖深度(新安江公式的單位為m，其余為英尺)；b斷層開挖寬度（英尺）；H壩高（英尺）；C系數，見表11-2-3 表 11-2-3 系數 C 壩
3、 高H（m）斷 層 寬 度 b（m）備注影響范圍 2.0 影響范圍 2.0 傾角 6550655080 65 1.10 1.70 2.20 3.40 0.55 0.85 1.10 1.70 H=6580 時，可用插入法求得12（3）按施工條件確定開挖深度。斷層寬 0.1m0.5m，一般開挖深度1.0m1.5m；用高壓水槍或鉆孔連鎖施工，挖深可達4m 5m；大口徑鉆孔可達10m以上。（4）按不利構造組合的弱面部位確定開挖深度開挖深度除按混凝土深梁計算外，并要加深到巖層可能產生深層滑移的弱面以下，或參考光彈試驗的結果適當加深。中壩、高壩一般開挖深度可達8m15m。（5）按斷面、整體模型試驗確定開挖
4、深度。斷層造成過量壓縮變形或與不利裂隙組、不利構造面構成不穩定的滑移時，應通過校核計算及結合模型試驗結果來確定開挖的范圍和深度。國內有的工程深達15m 20m。（6）按有限元法計算的成果確定開挖深度。對較復雜的斷層和大斷裂帶要用有限元法計算應力和變形值的關系，判斷巖體穩定性，確定處理深度并估計處理后壩基條件改善的程度。（7）按巖基防滲需要確定開挖深度。有些工程的斷層塞通過防滲帷幕處，按要求加深成井塞，深度可達50m。1.2 壩外處理范圍確定斷層壩外處理范圍的方法見表11-2-4 和圖 11-2-2。13 表 11-2-4 壩 外 處 理 范 圍類別范圍按上、下游壩坡面延線L1=（m+n）d，L
5、2=d 按巖基撓度影響范圍L1=L2=3m 5m 按斷層開挖深度d 中低壩L1=L2=0.9d 1.3d 高壩L1=L2=1.5d 2.0d 1.3 斷層破碎帶開挖和巖面修整1.3.1 主要內容和要求（1）斷層開挖部位、處理范圍、斷面尺寸、幾何體形應符合設計要求。（2）清除松動巖石和巖石壁面風化巖塊，切除與次生構造面斜交的巖石銳角。（3）壁面的泥皮、水銹蝕面或光滑平面應鑿毛并刷洗干凈。（4）對巖石破碎及地質較差地段和部位，除加強常規檢查外，應對巖體進行監測，根據不同情況及時采取措施，例如采用錨桿、錨樁或鋼支撐支護等，必要時可邊挖邊襯，作好巖體滲漏水及施工用水的引排，以保證施工中的安全。（5）斷
6、層的處理系重要隱蔽工程，斷層破碎帶開挖修整完畢后，應進行基礎驗收工作，由測量、地質人員進行的竣工測繪和地質素描以及工程、水文地質說明等資料交驗收部門進行驗收，未經驗收不得進行下一工序的施工。1.3.2 施工方法斷層破碎帶的開挖系不良地質地段施工，應以淺鉆孔，多循環，弱爆破的原則進行開挖工作，對各類洞室開挖，斷面較小的可采用全斷面掘進方式，對斷面較大的采用先導洞后擴挖的方式；并應根據地質條件及時做好支護工作，其開挖方式歸納如表11-2-5，開挖手段分兩類：（1）采用工具和機械開挖。以人力開挖為主的有鎬鑿、撬挖、鋼釬錘擊以及圓柱楔形劈塊脹劈等方法。常用的手提式機械有電鎬、風鎬、風鉆。特殊部位也有用
7、一般鉆機或大口徑鉆機鉆孔或連鎖造孔。（2）進行控制爆破和靜態爆破。斷層開挖宜采用控制爆破和靜態爆破。控制爆破有龜裂爆破、預裂爆破、光面爆破等。靜態爆破可解決爆破震動、飛石等問題并能減輕勞動強度，提高工效，且施工方便安全。工程中使用的SCA膨脹劑，灌注在孔徑30mm 50mm，孔深為 1m1.5m 的鉆孔中，經10h 24h 可形成30MPa50MPa的固體膨脹壓力。在慢加荷的形式下脹碎巖石。鉆孔孔距一般為0.4m0.6m，水劑比0.3 0.35。斷層開挖應與石方開挖及混凝土澆筑系統（包括風、水、電供應）的主要機械設備和設施相銜接。14 2 回填混凝土2.1 混凝土特性指標混凝土的抗壓、抗裂、抗
8、滲、抗侵蝕等各項指標應分別滿足設計要求及施工和易性的要求。表 11-2-5 斷 層 塞 開 挖 方 式分類開挖方式適用條件施工特點全深度一次明挖按 壩 體縱 縫 整 段開挖斷層寬度 1m 4m，縱貫壩基場地開闊，干擾小，施工簡便，進度快，效率高，成本低按 壩 體橫 縫 分 段開挖1.斷層寬度大于4m，或深度大于6m；2.斷層橫切各壩段，開挖影響壩身混凝土均勻升高各 壩 段 處 理 范 圍 一 般 應 擴 大10m 15m，要控制爆破；或者至少大于 2m 3m，使用非動態爆破開挖。施工場地分隔、狹窄，工序之間干擾較大，作業安全條件差分 小 段間隔置換1.1.較開闊的河床段，深挖的斷層傾角小于 6
9、0；2.巖體為反傾角夾層，大裂隙切割；3.巖體已受荷載或因卸荷而可能引起變位或不穩定以 23 小段為一組，各自間隔開挖和回填混凝土置換。每小段取5m 7m，邊坡10.1 10.3。混凝土澆筑后，至少間隙57d，再開挖相鄰構造巖分 小 段順序置換斷層橫切（斜切）岸邊陡坡若干壩段。構造和巖體情況同上所述向山坡逐段順序開挖和回填混凝土置換。出渣方式有二類；直接裝吊運出；通過相鄰壩段的預留廊道轉運或另設平洞往下游棄渣大 口 徑鉆孔置換在有永久建筑物地區或地基承受荷載情況下采用。斷層傾角大于65，寬度小于 2m；具備或預留施工平地；基本沒有鋼筋、預埋件，孔深一般不宜超過10m15m 周圍巖基宜先用高壓水
10、泥灌漿固結、堵漏。孔徑一般為1m。按斷層寬度分為孔柱型和連鎖型二類。最好采用干硬性混凝土回填全 深度 分 層開挖洞 挖 或混 合 式 開挖1、斷層處于狹窄的河床段、過水壩段，壩身須升高擋水。斷層寬 1m 4m，傾角陡直，兩側巖體穩定，較堅硬完整；2、高邊坡深槽，寬1m 2m 3、斷層貫穿壩頭或切割壩肩，并傾向上游1、斷層上口按混凝土塞要求明挖后，頂部覆蓋混凝土。斷層下部轉為洞挖；2、分層立體洞挖；3、分層開挖，做好洞頂混凝土支撐拱。分段開挖回填，順序置換15 2.2 溫度控制為保證混凝土塞的完整性以及與巖壁可靠結合，混凝土的溫度控制一般可采用下列措施：（1）預冷骨料，采用低溫水、加冰拌合；（2
11、）采用低熱水泥和合理的水泥用量；（3）采用改善骨料級配，摻用混合材、外加劑和控制混凝土坍落度和級配；（4）嚴格控制混凝土入倉溫度，一般不高于10 15（等于或稍低于基礎溫度為宜）或控制基礎允許溫差；（5）采用冷卻管進行早期冷卻，降低混凝土水化熱溫升高峰值。一期冷卻通水期一般為 10d15d，允許水管冷卻溫差20 25，允許冷卻速度1.0/d 1.5/d。混凝土塞在接觸（回填）灌漿前按要求進行二期冷卻。（6）摻膨脹劑。采用MgO 時其摻量為膠凝材料總量的5%以內。常用冷卻水管種類見表11-2-6。表 11-2-6 冷 卻 水 管 種 類種類直徑(mm)引管型式管距（m）層距（m）原尺寸膨脹后軟質
12、塑料管19 30 水平1.0 左右2.0 2.5 充氣拔管25 38 鋼管2532 垂直或水平1.0 1.5 2.0 2.3 布設加強鋼筋斷層開挖后，在拐角、突變處和受力集中、結構需補強的部位，必須布置加強鋼筋，以防止或限制混凝土塞開裂。加強鋼筋應按設計要求進行設置。2.4 分縫和接縫型式（1）斷層一般采用整體回填澆筑：需分段時，一般應與壩體分縫一致。（2）分縫應正交斷層走向：斷層寬度小于1m2m時，可有不小于45夾角。（3）接縫可參照壩體橫縫要求施工：最低處的接縫灌漿干管需在底部并聯增設一節管路，作為備用，以免管路系統不通或失效。16 2.5 槽坑排水混凝土澆筑時要做好截引、排走地面和槽坑底
13、的水流。防止積水隨混凝土澆筑升高，沿巖壁流淌，帶走水泥漿或稀釋混凝土。滲流較大時，可利用巖壁淺孔固結灌漿堵漏，或臨滲水面設置暗溝，將水引至鄰近壩段積水坑抽排。常用排水設備有電動潛水泵、風動水泵等。2.6 混凝土澆筑斷層破碎帶巖石開挖完畢后，應盡快回填混凝土，避免巖石長期暴露松馳。斷層破碎帶所澆筑的混凝土配比一般采用三級配，對洞室頂部及狹窄部位采用二級配或一級配。斷層破碎帶澆筑地點分散，工作面狹小，混凝土的進料、平倉、振搗較困難，多用人工操作。除表部槽塞混凝土可直接用吊罐入倉外，地表以下的槽塞、洞、井、墻等部位均需轉運及貯料分料設施。混凝土的入倉方式，常采用搭設腳手架手推車，皮帶輸送機，混凝土攪
14、拌運輸車，溜槽、溜筒，混凝土泵等方式，應因地制宜，根據不同部位和結構形式選擇。混凝土運輸設備和運輸能力應與拌合、澆筑能力、斷層具體情況相適應，盡量縮短運輸時間，減少轉運次數，避免混凝土在運輸過程中發生分離、漏漿、泌水過多降低坍落度等現象，以保證斷層混凝土的質量及澆筑工作順利進行。3.補強灌漿3.1 巖壁、洞壁接觸灌漿這種灌漿是加強混凝土塞與巖壁結合的重要措施。混凝土澆筑前預埋灌漿管（盒）的灌漿方式如表11-2-7，混凝土澆筑后通過鉆孔進行接觸灌漿的方式見表11-2-8。17 表 11-2-7 常用的埋管進行接觸灌漿的方式部位型式工作內容優缺點巖壁表面貼一次性灌漿盒巖 石 表 面 抹平、貼盒、周
15、邊水泥抹堵混 凝 土 澆 筑前設置，可按實際情況布點。但澆筑時易移位、堵塞；易被固結灌漿串堵貼一次性塑料管?16mm 19mm薄壁軟塑料管，出漿段剪成兩半，修成燕尾形，應壓扁貼巖面孔內（包括固結孔再利用）一次性短管長150mm 200mm、?19mm 25mm 鋼 管 切 斜口，孔口用棉絲和水泥抹封；鉆孔孔徑 40mm 50mm 混 凝 土 澆筑時不移位，但可 能 被 固 結 灌漿串堵外有乳膠套的短管?25mm 鋼管，沿直徑鋸十字形縫，外套薄乳膠套，孔口處繞棉紗頭封堵；鉆孔孔徑40mm 左右可減免澆筑或固結灌漿時的堵塞，但出漿點偏少淺孔內（包括固結孔再利用）外有橡皮套的短管?25mm 花管，花
16、 眼 孔 徑 宜 小(?5mm 6mm)而密。封管底，套軟橡皮套（自行車內胎），上套口平巖面，鉆孔口繞棉紗嵌堵可 供 二 期混 凝 土 冷 卻 后一次性使用重復灌漿盒風 鉆 孔 徑60mm，重復灌漿盒用二條橡皮帶作引道，孔底用雙楔木柱塊固定生根便于固定，適 應 后 期 灌 填或 二 次 重 復 使用，但二期的排水 排 氣 條 件 不良18 表 11-2-8 通過鉆孔進行接觸灌漿的方式鉆孔方式施工部位優缺點使用風鉆孔穿過混凝土鉆灌漿孔（兼做固結灌漿）由 混 凝 土 塞 頂 打孔，至少鉆入巖石0.5m 適用于混凝土淺塞中施工，可孔內循環灌漿。但常同混凝土澆筑和冷卻發生矛盾使用機鉆鉆深孔（可兼深孔固
17、結灌漿）由廊道或平洞內鉆深孔灌漿時間靈活，可分段鉆灌，提高灌漿壓力、保證灌漿質量。但鉆孔工作量較大注：灌漿孔間距一般為1.5m3m，排距 1.0m1.5m，灌漿壓力0.3MPa0.6MPa。3.2 洞塞頂面回填與灌漿常用的方法有預埋灌漿管路和鉆孔兩種，填灌的材料有水泥漿、預填骨料、砂漿或一級配混凝土。一般應保持有二次或多次回填灌漿手段，力求消除因混凝土收縮而引起的空隙、細縫。有些工程使用膨脹水泥以減少縫隙，也是可取的。常用回填灌漿形式有管道式（圖11-2-3）和鉆孔式(圖 11-2-4)。3.3 補強固結灌漿補強固結灌漿分類見表11-2-9 和圖 11-2-5。19 表 11-2-9 補 強
18、固 結 灌 漿 分 類分類孔徑（mm）入基巖深度(m)孔距（m）排距（m）灌漿壓力（MPa）斷層塞巖壁風鉆固結灌漿孔（或斜孔）4050 35 12 23 0.3 斷層影響帶圍巖機鉆固結灌漿深孔（直孔）5676 1020 22.5 3.0(2 4排)0.3 4.觀測儀器為檢查設計與施工的正確性，驗證斷層破碎帶處理效果，監測安全運行，應埋設觀測儀器。在斷層影響帶埋設的主要觀測儀器見表11-2-9。各類儀器埋設前須進行率定，埋設與維護應由專人進行，保證儀器的完好率。儀器埋設后應盡早觀測取得初始數據，定期觀測的資料應及時分析整理，提出觀測成果，觀測過程中發現異常，應及時報告并分析查找原因。表 11-2-9 斷層影響帶埋設的主要觀測儀器儀器說明倒鉛垂線一般埋設在處于高應力部位或壩趾附近的斷層（傾向上游）處。使用巖芯鉆機鉆孔，孔徑?150mm 300mm，穿入斷層下盤。監測斷層壓縮變形或巖體變形滑動及其發展趨勢溫度計觀測混凝土塞內部溫度變化過程，為接觸、回填灌漿提供依據測縫計監測大跨度混凝土深梁、大體積洞填筑的混凝土在巖壁處混凝土與基巖面結合情況和張開度滲壓計測記斷層因阻隔滲流或橫切壩基的斷層(迎滲水面側)滲水壓力分布應力計、應變計測量混凝土梁底部或兩側的應力、應變狀態多點變位計、巖石變位計對斷層進行變形監測巖石聲波測定和鉆孔靜彈模量測控制圍巖施工過程和鑒別處理后的效果
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