烏拉斯特水庫壩基斷層破碎帶處理

娜孜拉·吐斯布那比　欒永泉

摘 要：國內外大壩壩基經常出現不同規模的斷層破碎帶，處理方案不多且傳統性強，目前尚無完善的理論分析研究。根據傳統方法處理的大壩基礎斷層破碎帶運行情況良好，未見明顯的破壞。本工程根據簡明的公式計算斷層破碎帶處理深度，以供類似工程參考使用。

關鍵詞：大壩；斷層；灌漿

1 水庫概況及施工中遇到的斷層破碎帶問題

烏拉斯特水庫為Ⅲ等中型工程，壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩長425m，最大壩高68m。壩頂寬度8m，上下游壩坡均為1：1.8。大壩河床段寬度為120m，其余壩段坐落在巖石基礎上。在壩基處理施工過程中，大壩右岸心墻基礎開挖過程中發現一條斷層破碎帶，擠壓片理化帶呈舒緩波狀，總體走向NW290°傾NW傾角80-85°，片理化帶北側的傾角多以80°為主，南側的傾角多為85°。帶寬7m左右，帶內片理化發育，多為片狀碎裂巖和泥質，呈黃褐色。破碎帶與壩軸線交角30°左右，與軸線在0+329-0+343處相交。該處大壩壩高為35m。

2 斷層破碎帶對工程的影響

（1）斷層降低了地基巖體的強度及穩定性，斷層破碎帶力學強度低，壓縮性大，會發生較大沉陷，易造成建筑物沉陷或者傾斜。

（2）斷層面是極不穩定的滑移面，對巖質邊坡穩定有重要影響。

（3）沿斷裂破碎帶地段易形成風化深槽及巖溶發育帶。

（4）構造斷裂帶在新的地殼運動影響下易發生新的移動，因構造斷裂帶是地表薄弱地帶，若有新的地殼運動發生時，往往引起附近斷裂帶產生新的移動，影響建筑物的穩定。

3 壩下斷層破碎帶處理的理論分析

通過查閱類似工程書籍，壩基巖體中經常遇到不同規模、產狀及性質的斷層破碎帶或斷層交匯帶，常影響到壩體的安全，對它們的處理乃是一項十分重要的工作。在確定處理方案之前，必須具備詳細的地質資料和各項試驗數據，包括：斷層破碎帶的平面和空間位置及其與壩體的相互關系，斷層破碎帶的產狀、規模，構造巖的巖性、物理和水理性質、力學強度指標、斷層破碎帶的滲透特性等。對于位于壩基以外的，特別是橫河方向的斷層，當其對壩基深層抗滑穩定、壩基水平位移和壓縮變形等有較大影響時，應與壩基范圍內的斷層一并研究處理。

國外對于斷層破碎帶的處理亦采用開挖回填混凝土形成梁塞的結構型式，推導了混凝土回填深度的簡明計算公式。文章例舉美國和日本壩工設計規范計算公式。

美國公式：d=0.002bH+5（適用于H≥150英尺）

d=0.3b+5（適用于H<150英尺）

式中：H-建基面以上壩高（英尺）；b-斷層破碎帶寬度（英尺）。

日本公式：d=■

式中：n-抗剪斷摩擦安全系數；H-作用于斷層處理區間的剪力（噸）；V-作用于斷層處理區間的法向力（噸）；f-內摩擦系數（包括斷層的f值和斷層與混凝土間的f值，取其中的小值）；τ0-抗剪斷強度（巖石的值和混凝土的值，取其中的小值）（噸/米2）；l-混凝土回填的長度（米）。

對于規模不大，由糜棱巖、斷層泥等組成的斷層破碎帶，當其對壩基強度和壓縮變形有一定影響時，可采用混凝土塞進行處理加固?；炷寥纳疃葢鶕位鶓Υ笮?，構造與新鮮完整巖石的彈性模量比值，斷層破碎帶的產狀、寬度等因素通過計算確定，一般情況，為斷層破碎帶寬度的1.0-1.5倍。

通過以上理論分析結合本工程實際，采用簡明的美國公式。此處壩高小于45m，通過計算，混凝土回填深度為3.8m。另外本處灌漿蓋板厚度為1.0m，設計混凝土回填總深度為5.0m。兩側巖石開挖邊坡為1：0.5，以此形成混凝土塞。斷層位置及具體處理方案見圖1。（圖中斷層破碎帶剖面方向與斷層走向有一定夾角，故圖示寬度超過7m。）

4 斷層破碎帶處理輔助措施

除上述斷層破碎帶的處理，以改善壩基受力條件外，還應研究綜合加固壩基及改善壩體結構型式。如加強斷層區范圍的固結灌漿，加大壩體底寬以改善壩基應力，橫縫進行灌漿或設置鍵槽以增強壩體的剛度，適應壩基可能產生的沉陷，為保證回填混凝土與巖壁的良好結合，在邊坡區內必要時進行接觸灌漿等。同時應制定合適的施工工藝，以保證回填混凝土的質量。此外，還應加強對斷層破碎帶的防滲排水處理，特別是對透水性較大而貫穿壩基上下游的斷層，或者蓄水后可能產生滲透破壞的斷層，對它們的防滲處理尤應慎重，并應適當提高處理標準。

本工程原設計為單排帷幕灌漿，雙排固結灌漿，間排距均為2m。為了輔助處理此處斷層破碎帶，將帷幕灌漿加密為兩排，并加強固結灌漿。本工程設計為堆石壩，壩體排水性能較好，故不用做專門防滲處理。僅要求在壩基混凝土塞上部與瀝青混凝土心墻下游填筑過渡料。過渡料填筑要求為顆粒級配連續，最大粒徑為80mm，小于5mm粒徑含量為25-35%，小于0.075mm粒徑含量小于5%，滲透系數不小于10-3cm/s，相對密度Dr≥0.80。

對于斷層破碎帶，還可采用混凝土拱的處理形式使壩體應力傳送到兩側的完整巖石上，避免斷層破碎帶產生過大變形，惡化壩體應力條件。但是，混凝土拱的受力條件比較復雜，施工工藝要求高，故在國內只在一些小斷層的處理上使用這種方法。本工程位于嚴寒地區，環境惡劣，并未采用混凝土拱的處理形式。

不論采用何種型式，都要做好斷層處理區壩體、壩基的各項觀測工作，及時掌握它們的工作條件，如發現有異常情況，應立即研究進行補充處理。

5 結束語

壩基斷層破碎帶處理問題至關重要，而目前的處理方法不多。本工程根據簡明的公式計算斷層破碎帶處理深度，并做了輔助處理工作，以供類似工程參考使用。其他工程若有條件做相關試驗研究可采用比較復雜的日本公式。

參考文獻

[1]長江委設計院.混凝土重力壩設計規范[M].水利水電出版社，2005.

[2]長江規劃辦.巖石壩基工程地質[M].水利電力出版社，1982.