丰满坝基大断层破碎带特征及工程处理措施分析

邢国军 谢福志 林牧

丰满水电站重建工程F67断层为坝址区发育规模最大、性状最差的一条断层破碎带，总宽度达40～62 m，与坝轴线近于正交。该断层破碎带由多条断层组成，总体走向N15°～50°W，倾向SW，倾角60°～85°。但破碎带宽度总体上自上而下逐渐变小，破碎程度随深度的增加而逐渐减弱。整个破碎带岩石破碎程度不均一，通过对各带有限的试验资料进行特征分析，确定各带合理的物理力学参数，制定完善的处理措施，确保坝块抗滑稳定、变形合理。

1 F67断层分带和组成物

按其破碎情况大致可分断层泥化带、强烈挤压破碎带和挤压破碎带3个部分，如图1所示。

图1 坝基F67断层破碎带分带示意图

（1）断层泥化带：约占断层带统计总面积的3.58%，为断层中心带，开挖建基面范围内见有连续贯穿的断层泥化带2条，多处有零星分布的泥化团块、泥化条纹等，断层泥化带水平宽度介于0.2～5.7 m之间，泥化带由灰-黄灰色泥夹岩屑组成，湿时具塑性。

（2）强烈挤压破碎带：约占断层带统计总面积的13.73%，沿断层中心带两侧分布，宽度变化较大，一般1.0～9.0 m，由3组以上节理相互切割，节理间距多小于10 cm，破碎带内岩体多被压碎成数厘米大小较软的碎裂岩，其中与断层方向一致的陡倾角节理密集分布，节理多张开，无充填或泥质充填，局部有绿泥石化、高岭土化现象，受构造影响强烈。

（3）挤压破碎带：约占断层带统计总面积的82.69%，由断层挤压破碎带和断层影响带组成，二者犬牙交错界线不清晰，断层影响带占比大于2/3，陡倾角节理密集区节理间距20～30 cm，弱发育区节理间距1.5～7.0 m，岩体受构造影响较弱，岩质较坚硬，原岩结构基本未发生变化；挤压破碎带见有多条倾角较陡的小断层，由3组以上节理相互切割，节理间距10～30 cm，岩石多破碎呈10～30 cm大小的较软弱岩块，节理多张开，无充填或泥质、钙质充填，未胶结，受构造影响较强烈。

2 F67断层带物理力学性质试验成果研究

2.1 F67断层各带岩体抗剪试验及原位变形试验成果研究

（1）1973年在189平洞内的原位测试资料整编，其成果见表1、2。

（2）2008年在189平洞内的原位测试资料整编，其成果见表3。

（3）2009年中水东北勘测设计研究有限责任公司在新坝址坝基钻孔内进行了F67断层带岩体原位变形试验，其成果见表4。

（4）可研阶段对试验资料的统计整理及地质参数建议值，其成果见表5～7。

（5）技施阶段F67断层各带抗剪（断）强度现场复核，其成果见表8、9。

表1 F67断层带抗剪断试验情况统计表

表2 F67断层带抗剪（断）试验及变形参数成果表

表3 F67断层带抗剪（断）试验及变形参数成果表

表4 F67断层破碎带岩体钻孔变形试验成果表（μ=0.32）

表5 F67断层带混凝土/岩石抗剪断成果表

表6 F67断层带岩石/岩石抗剪断及变形参数成果表

表7 坝基建基面F67断层带主要地质参数建议值

表8 可研成果与技施现场试验断层各带岩体抗剪参数对比表

表9 可研成果与技施原位变形试验成果对比表（P=2 MPa） GPa

《向家坝坝基挤压破碎带变形特性试验研究》[2]成果表明有盖层承压板试验条件下的破碎岩体变形模量测试值远大于无盖层岩体影响情况下的岩体变形模量测试值；在试验过程中试验点岩体加荷曲线较缓，岩体刚度较低，卸荷后岩体变形只能部分恢复，有明显的塑性变形和回滞缓慢；上述原因造成复核岩体变形试验值偏低。综合分析确认可研阶段提供的断层泥化带和强烈挤压破碎带岩体变形模量和弹性模量建议值是适宜的。

2.2 F67断层岩体渗透变形试验成果

F67断层泥化带和强烈挤压破碎带渗透试验成果见表10。

表10 F67断层泥化带和强烈挤压破碎带渗透试验成果表

根据GB 50287—2006《水力发电工程地质勘察规范》附录P的规定，结合渗透变形试验成果及断层泥物理力学性质试验成果，并类比其他工程经验，提出F67泥化带的允许水力比降建议值J≤5。

3 F67断层坝段处理措施

3.1 总体处理方案

在深挖6 m置换混凝土的基础上，为进一步提高F67断层坝段的整体稳定安全性，基础处理采用回填混凝土+齿槽方案。

3.2 加强处理措施

（1）加强坝基防渗帷幕：F67断层破碎带坝段坝基，采用一道主帷幕、两道副帷幕，帷幕下游侧设置坝基排水孔。

（2）加强坝基固结灌浆：为提高F67断层整体性、承载力以及浅层抗渗能力，F67断层坝段全坝基进行固结灌浆，固结灌浆深度达15.00 m。

（3）设置尾岩体接触灌浆：由于坝基岩体抗剪断参数低，坝基抗滑稳定安全是坝基处理的重点，处理思想是深挖置换混凝土并利用尾岩抗力。为避免坝趾部位置换混凝土后期冷却收缩与尾岩体脱开，特在接缝部位设置接触灌浆处理。

（4）坝基横缝部位设置铜止水：为防止坝基断层泥细颗粒在渗透水流作用下向横缝移动以致流失，特在坝基横缝部位设置铜止水1道，上游侧与坝体上游面横缝铜止水相接，下游与坝体下游面横缝铜止水相接，延程设置两道竖向止水埋入基岩止水坑。

（5）坝基软弱部位设置受力钢筋：沿强烈挤压破碎带以及断层泥走向铺设受力钢筋，防止坝基软硬交界部位混凝土由于坝基不均匀变形引起开裂。同时在深挖部位的两侧临时边坡设置锚杆，梅花形布置。在坝基岩体开挖高程变化的角缘部位，应力集中影响较为明显，特设置角缘钢筋，防止坝基回填混凝土开裂。

（6）坝基处理混凝土设施工纵缝。

4 结 语

（1）丰满重建大坝坝基F67断层的断层泥化带、强烈挤压破碎带和挤压破碎带岩体抗剪（断）强度指标建议值是适宜的。

（2）根据GB 50287—2006《水力发电工程地质勘察规范》，结合工程实践，可研阶段提供F67断层的断层泥化带、强烈挤压破碎带和挤压破碎带的变形模量、弹性模量建议值是适宜的。

（3）F67断层坝段基础总体处理采用回填混凝土+上、下游齿槽，并加强处理措施的方案是安全可行的。

（4）自水库蓄水以来，F67断层各坝段沉降变形基本稳定；各坝段基岩均主要表现为一定的压缩变形；目前坝基变形基本稳定，无异常发展趋势；坝体坝基各横缝、接缝、裂缝变形蓄水以来变幅均较小，无异常发展趋势。