豐滿壩基大斷層破碎帶特征及工程處理措施分析

邢國(guó)軍 謝福志 林牧

豐滿水電站重建工程F67斷層為壩址區(qū)發(fā)育規(guī)模最大、性狀最差的一條斷層破碎帶，總寬度達(dá)40～62 m，與壩軸線近于正交。該斷層破碎帶由多條斷層組成，總體走向N15°～50°W，傾向SW，傾角60°～85°。但破碎帶寬度總體上自上而下逐漸變小，破碎程度隨深度的增加而逐漸減弱。整個(gè)破碎帶巖石破碎程度不均一，通過對(duì)各帶有限的試驗(yàn)資料進(jìn)行特征分析，確定各帶合理的物理力學(xué)參數(shù)，制定完善的處理措施，確保壩塊抗滑穩(wěn)定、變形合理。

1 F67斷層分帶和組成物

按其破碎情況大致可分?jǐn)鄬幽嗷瘞?、?qiáng)烈擠壓破碎帶和擠壓破碎帶3個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 壩基F67斷層破碎帶分帶示意圖

（1）斷層泥化帶：約占斷層帶統(tǒng)計(jì)總面積的3.58%，為斷層中心帶，開挖建基面范圍內(nèi)見有連續(xù)貫穿的斷層泥化帶2條，多處有零星分布的泥化團(tuán)塊、泥化條紋等，斷層泥化帶水平寬度介于0.2～5.7 m之間，泥化帶由灰-黃灰色泥夾巖屑組成，濕時(shí)具塑性。

（2）強(qiáng)烈擠壓破碎帶：約占斷層帶統(tǒng)計(jì)總面積的13.73%，沿?cái)鄬又行膸蓚?cè)分布，寬度變化較大，一般1.0～9.0 m，由3組以上節(jié)理相互切割，節(jié)理間距多小于10 cm，破碎帶內(nèi)巖體多被壓碎成數(shù)厘米大小較軟的碎裂巖，其中與斷層方向一致的陡傾角節(jié)理密集分布，節(jié)理多張開，無充填或泥質(zhì)充填，局部有綠泥石化、高嶺土化現(xiàn)象，受構(gòu)造影響強(qiáng)烈。

（3）擠壓破碎帶：約占斷層帶統(tǒng)計(jì)總面積的82.69%，由斷層擠壓破碎帶和斷層影響帶組成，二者犬牙交錯(cuò)界線不清晰，斷層影響帶占比大于2/3，陡傾角節(jié)理密集區(qū)節(jié)理間距20～30 cm，弱發(fā)育區(qū)節(jié)理間距1.5～7.0 m，巖體受構(gòu)造影響較弱，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，原巖結(jié)構(gòu)基本未發(fā)生變化；擠壓破碎帶見有多條傾角較陡的小斷層，由3組以上節(jié)理相互切割，節(jié)理間距10～30 cm，巖石多破碎呈10～30 cm大小的較軟弱巖塊，節(jié)理多張開，無充填或泥質(zhì)、鈣質(zhì)充填，未膠結(jié)，受構(gòu)造影響較強(qiáng)烈。

2 F67斷層帶物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果研究

2.1 F67斷層各帶巖體抗剪試驗(yàn)及原位變形試驗(yàn)成果研究

（1）1973年在189平洞內(nèi)的原位測(cè)試資料整編，其成果見表1、2。

（2）2008年在189平洞內(nèi)的原位測(cè)試資料整編，其成果見表3。

（3）2009年中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司在新壩址壩基鉆孔內(nèi)進(jìn)行了F67斷層帶巖體原位變形試驗(yàn)，其成果見表4。

（4）可研階段對(duì)試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)整理及地質(zhì)參數(shù)建議值，其成果見表5～7。

（5）技施階段F67斷層各帶抗剪（斷）強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，其成果見表8、9。

表1 F67斷層帶抗剪斷試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)表

表2 F67斷層帶抗剪（斷）試驗(yàn)及變形參數(shù)成果表

表3 F67斷層帶抗剪（斷）試驗(yàn)及變形參數(shù)成果表

表4 F67斷層破碎帶巖體鉆孔變形試驗(yàn)成果表（μ=0.32）

表5 F67斷層帶混凝土/巖石抗剪斷成果表

表6 F67斷層帶巖石/巖石抗剪斷及變形參數(shù)成果表

表7 壩基建基面F67斷層帶主要地質(zhì)參數(shù)建議值

表8 可研成果與技施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)斷層各帶巖體抗剪參數(shù)對(duì)比表

表9 可研成果與技施原位變形試驗(yàn)成果對(duì)比表（P=2 MPa） GPa

《向家壩壩基擠壓破碎帶變形特性試驗(yàn)研究》[2]成果表明有蓋層承壓板試驗(yàn)條件下的破碎巖體變形模量測(cè)試值遠(yuǎn)大于無蓋層巖體影響情況下的巖體變形模量測(cè)試值；在試驗(yàn)過程中試驗(yàn)點(diǎn)巖體加荷曲線較緩，巖體剛度較低，卸荷后巖體變形只能部分恢復(fù)，有明顯的塑性變形和回滯緩慢；上述原因造成復(fù)核巖體變形試驗(yàn)值偏低。綜合分析確認(rèn)可研階段提供的斷層泥化帶和強(qiáng)烈擠壓破碎帶巖體變形模量和彈性模量建議值是適宜的。

2.2 F67斷層巖體滲透變形試驗(yàn)成果

F67斷層泥化帶和強(qiáng)烈擠壓破碎帶滲透試驗(yàn)成果見表10。

表10 F67斷層泥化帶和強(qiáng)烈擠壓破碎帶滲透試驗(yàn)成果表

根據(jù)GB 50287—2006《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄P的規(guī)定，結(jié)合滲透變形試驗(yàn)成果及斷層泥物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果，并類比其他工程經(jīng)驗(yàn)，提出F67泥化帶的允許水力比降建議值J≤5。

3 F67斷層壩段處理措施

3.1 總體處理方案

在深挖6 m置換混凝土的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高F67斷層壩段的整體穩(wěn)定安全性，基礎(chǔ)處理采用回填混凝土+齒槽方案。

3.2 加強(qiáng)處理措施

（1）加強(qiáng)壩基防滲帷幕：F67斷層破碎帶壩段壩基，采用一道主帷幕、兩道副帷幕，帷幕下游側(cè)設(shè)置壩基排水孔。

（2）加強(qiáng)壩基固結(jié)灌漿：為提高F67斷層整體性、承載力以及淺層抗?jié)B能力，F(xiàn)67斷層壩段全壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿深度達(dá)15.00 m。

（3）設(shè)置尾巖體接觸灌漿：由于壩基巖體抗剪斷參數(shù)低，壩基抗滑穩(wěn)定安全是壩基處理的重點(diǎn)，處理思想是深挖置換混凝土并利用尾巖抗力。為避免壩趾部位置換混凝土后期冷卻收縮與尾巖體脫開，特在接縫部位設(shè)置接觸灌漿處理。

（4）壩基橫縫部位設(shè)置銅止水：為防止壩基斷層泥細(xì)顆粒在滲透水流作用下向橫縫移動(dòng)以致流失，特在壩基橫縫部位設(shè)置銅止水1道，上游側(cè)與壩體上游面橫縫銅止水相接，下游與壩體下游面橫縫銅止水相接，延程設(shè)置兩道豎向止水埋入基巖止水坑。

（5）壩基軟弱部位設(shè)置受力鋼筋：沿強(qiáng)烈擠壓破碎帶以及斷層泥走向鋪設(shè)受力鋼筋，防止壩基軟硬交界部位混凝土由于壩基不均勻變形引起開裂。同時(shí)在深挖部位的兩側(cè)臨時(shí)邊坡設(shè)置錨桿，梅花形布置。在壩基巖體開挖高程變化的角緣部位，應(yīng)力集中影響較為明顯，特設(shè)置角緣鋼筋，防止壩基回填混凝土開裂。

（6）壩基處理混凝土設(shè)施工縱縫。

4 結(jié) 語

（1）豐滿重建大壩壩基F67斷層的斷層泥化帶、強(qiáng)烈擠壓破碎帶和擠壓破碎帶巖體抗剪（斷）強(qiáng)度指標(biāo)建議值是適宜的。

（2）根據(jù)GB 50287—2006《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，結(jié)合工程實(shí)踐，可研階段提供F67斷層的斷層泥化帶、強(qiáng)烈擠壓破碎帶和擠壓破碎帶的變形模量、彈性模量建議值是適宜的。

（3）F67斷層壩段基礎(chǔ)總體處理采用回填混凝土+上、下游齒槽，并加強(qiáng)處理措施的方案是安全可行的。

（4）自水庫(kù)蓄水以來，F(xiàn)67斷層各壩段沉降變形基本穩(wěn)定；各壩段基巖均主要表現(xiàn)為一定的壓縮變形；目前壩基變形基本穩(wěn)定，無異常發(fā)展趨勢(shì)；壩體壩基各橫縫、接縫、裂縫變形蓄水以來變幅均較小，無異常發(fā)展趨勢(shì)。