浅析土石坝裂缝成因及防治措施

２０１３年８月　建而囡曩酶　水利建设　浅析土石坝裂缝成因及防治措施　向浩　（云阳县水务局重庆市云阳县４０４５０８）　摘要：本文通过对土石坝裂缝的特征及成因分析，针对性地提出了预防及治理措施。对防治土石坝裂缝具有借鉴参　考作用。　关键词：土石坝；裂缝；防治措施　中图分类号：ＴＶ６９８．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—００３８（２０１３）２４—０３５５—０２　与坝轴平行的纵向裂缝。　（２）在设有截水槽防渗处理的深厚层透水坝基，截水槽填土　１土石坝事故分析　我县是一个农业大县，洪旱灾害频繁、防洪、灌溉、解决人畜　饮水修建了一大批水利工程。截止２０１２年底，已建成十万方以　的压缩性比两侧天然土基的压缩性小，截水槽上部坝体沉陷量　　上的中、小型水库１５７座，总蓄引提水能力１０８６８万方。有效灌　就比两侧沉陷量小，可能发生纵向裂缝。溉面积达２５．２５万亩。为我县工农业生产和城乡人民生活提供了　大量水源。　（３）坝体扩建，在下游坝坡培厚加高，新老坝体沉陷不均，坝　项面下游出现纵向裂缝，如玉龙水库。坝高１１．５ｍ，总库容４０．８　９８９年扩建，１９９０年３月完工。同年４月水库管理人员　但是，我县的水库工程大多数为６０、７０年代修建，定型设计、　万方。于・１２ｍ，宽４．７ｍｍ的纵向裂缝。　群众突击，存在不少的工程技术和质量问题，轻者工程效益得不　发现坝顶下游侧出现长２１．到发挥，重者出现工程事故，甚至酿成重大损失。对我县８０多座　（４）因坝体地基地形突变，或坝体骑跨在地形变化脊线上，或　　病害水库土石坝的质量事故原因分析，破坏表现为：坝体裂缝的　坝下埋设有放水涵管。在坝体固结沉降时，因山脊的劈裂作用，　占２５．６７％，渗漏、管涌占１８．２％，滑坡塌坑破坏占１８．６６％，其它　坝体上下游向两侧移动引起纵向裂缝。２．２横向裂缝　破坏占１．２％。可见土石坝破坏以裂缝形式居多。而裂缝产状、分　２．主裂缝的走向在水平面上正交于坝轴线，一般沿高层铅直向　布位置和出现时间等往往反映了裂缝的起因。　２土石坝裂缝　裂缝是坝体变形过大、过快而超过允许变形出现破裂。同坝　体填筑土石料的应力应变直接相关，裂缝产状、分布位置和出现　时间等往往反映了裂缝的起因。　下或略倾斜展布。最深可达一、二十米，裂缝最宽可达１５ｃｍ左　右。这种裂缝可能造成坝体集中渗漏，甚至失事。产生这种裂缝　的原因多数是岸坡坝段与河谷中心部份坝段的不均匀沉降造成　的。具体原因有：　２．１裂缝的类型　（１）按裂缝主平面的走向分：龟状裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、　水平裂缝、斜向裂缝、孤形裂缝、环形裂缝。　（２）按裂缝的成因分：干缩裂缝、沉降裂缝、冻融裂缝、滑坡裂　（１）沿坝轴线方向坝基岩石的力学性质差异较大。如坝基局　部为高压缩性的地基未经处理筑坝后，压缩变形与相邻坝段不　一致产生横向裂缝。如双坪水库、土坝坝高１９．８ｍ，库容１３．０８万　缝及振动裂缝。　（３）按裂缝部位分：表面裂缝、内部裂缝。　方，于１９８０年１２月完工后，１９８７年２月发现左岸坝段出现横向　裂缝。事后分析，是因坝基岩性不一所致，右岸为泥岩，左岸堆积　层厚达２～７ｍ，筑坝时未处理。　（４）按力学法分：拉裂缝、劈裂缝、压（剪切扩张）裂缝、挠曲裂　缝。　（２）岸坡边坡过陡，或有台阶，因填土高差悬殊，压缩沉降量　不同，容量出现横向裂缝，如上游水库、土坝坝高２３．０ｍ，总库容　１５８．１６万方，因岸坡过陡，仅１：０．６，工程于１９７５年３月完工后，　２．２裂缝的特征与成因　裂缝加以论述。　７月份坝内蓄水至正常水位，发现坝身下游和左岸坝肩渗水，经　为便于讨论，下面仅以外观的纵向、横向、干缩和冻融、弧形　检查，发现右岸坝顶有一条贯穿上下游的横向裂缝，且展布较　深。坝身漏水是横向裂缝所致，坝肩渗漏是地质原因。后经开挖　回填、灌浆处理后，工程正常运行。　２．２．１纵向裂缝　主裂缝在水平面上的走向与坝轴线平行或基本平行。产生纵　（３）土坝坝体与刚性建筑物接合的坝段，由于出现较大的不　向裂缝的原因，主要是坝体或坝基的不均匀况陷引起的，一般发　均匀沉降，而引起横向裂缝，如坝体与溢洪道边墙相连接的坝　生在下列部位：　段，易出现横向裂缝，如兴坝水库、农建水库的坝体与溢洪道边　（１）坝基压缩性大的坝段。对未经处理的深厚覆盖层的土基，　墙接合处出现的横向裂缝便属不均匀沉降引起。　当水库蓄水后，其上游部分先湿陷，下游部分后湿陷，地基便产　生不均匀沉陷，使坝体出现纵向裂缝，或在坝体横断面上下游坝　（４）施工中，坝体采用分段填筑时，分段进度不平衡，填土高　差过大，接合坡度过陡，不易压实，可能产生横向裂缝。　基岩性不均匀，部分为土基，部分为岩基，也会发生不均匀沉陷，　２．２－３弧形裂缝　引起坝体纵向裂缝，如坝高１７．６ｍ的西林水库，坝轴线上游基础　主裂缝在平面呈弧形或椭圆形，或者在纵向裂缝后两端呈现　为耕作土，下游为砂岩和页岩基础，１９７６年完工后，坝上游出现　・３５５・　水利建设　毽知目黄晦　２０１３年８月　弧形。这种裂缝是坝坡滑动引起的，应引起足够重视，尤其是坝　两端应超过缝端２ｍ，裂缝较深时，宜采用阶梯形断面：①减小开　下游滑坡，易引起坝体失稳而酿成事故。　挖工程量；②出于安全考虑。回填时，再逐级削去台阶。保持斜坡　（１）坝身或坝基土的抗剪强度太低，坝坡过陡，引起滑坡而形　与填土相接，对贯穿性横缝，应开挖成十字形结合槽，以防止新　成弧形裂缝。如镜平水库，因涵管漏水，下游坝体浸润线抬高，土　旧土体接触面渗漏。具体做法：沿裂缝开挖沟槽，并与裂缝垂直　体含水量增大，孔隙压力升高，抗剪强度降低，于２０００年５月下　方向每隔３－５ｍ增挖沟槽，槽底宽２．５　３．Ｏｍ。　游坝坡出现弧形裂缝。　２．４．２灌浆　（２）水库水位骤降，导致上游坝体内孔隙水压力升高，抗剪强　对坝体内裂缝和非滑动性很深的表面裂缝，由于开挖工程量　度降低而出现内滑坡的弧形裂缝。如大兴水库、１９８７年４月农田　大，可采用粘土灌浆，同样可以固结与坝形成整体，浆液稠度一　灌溉，放水过快，水位在两天之内下降了４．７ｍ，大坝管理人员发　般为１：ｌ～１：２．５，在保证良好灌注下，尽可能用稠浆。灌粘土浆　现坝体上游坡距坝顶３．２ｍ处出现裂缝，长度１７．８ｍ，两端向库内　时，雨季和库水位较高时，由于泥浆不易固结，一般不宜进行。灌　弯曲成弧形，上游坝坡隆起，典型的内滑坡。　浆过程中边灌浆边观测，发现问题及时处理。　弧型裂缝一般在滑坡前数月，至少数日产生，若能注意，并能　２．４－３滑坡裂缝　适当采取对策，是可以避免滑坡的。　２．２．４干缩和冻融裂缝　对滑坡产生的裂缝，在滑坡来不及治理之前，应用泥土和塑　料膜封盖裂缝，防止雨水进入裂缝加速滑动。治理滑坡常用的方　这种裂缝无一定的走向，而是交错杂乱。产生的原因一般是　法有：清除滑动体，放缓坝坡；体积较大的滑坡，上游滑坡采用抛　含水量较高的土体遇到炎热天气或严寒冬天，表层土体含水量　石固脚（一定要置抛石于上游坝脚），坝下游滑坡采用砌石固脚，　迅速蒸发或迅速冻结，使坝面产生裂缝，这种裂缝一般缝宽较　削坡减载，放缓坝坡的方法。如大兴水库１９８７年４月发生的内　小，深度较浅。　．　滑坡，因库水位无法下降，采用抛石压脚进行险情处理，使滑体　得到了稳定。当年冬天库水位下降后，便进行清除滑动体、放缓　２．３土石坝裂缝预防　土石坝裂缝是比较常见的，但它的存在具有潜在的危险性，　坝坡的方法进行滑坡治理。但在清除滑体时，因滑体开挖不彻　不给予足够的重视，将酿成严重的后果。为此，对土石坝的裂缝　底，没有开挖至滑床便回填碾压，结果新旧坝体结合差，整治完　应引起高度重视，使险情防患于未然。　２．３．１干缩和冻融裂缝　在土坝建成后，坝面上应及时铺砂性土保护层，在施工填筑　生。　２．３．２沉陷裂缝　工后，次年又产生了二次滑动。　３结束语　土石坝裂缝是影响水工建筑正常运行的一个因素，也是值得　解决办法，从而维护水工建筑的正常使用。　中断时，应在填土表面铺松土保护，以避免干缩和冻融裂缝产　我们重点关注的问题。因此只有不断的思考和积累，找到相关的　（１）为了减小不均匀沉降。对坝基中的软土层应优先考虑清　参考文献　除，如不能挖出时，软粘土地基可考虑打砂井，使坝基事先固结　［１］谢泽彬．水工建筑物裂缝的治理措施．科园月刊，２００８，１１　沉陷，对坝体，根据土料特性和碾压条件，选择适宜的填筑标准，　［２］陈明．水库裂缝的形成因素分析．河南水利，２０１０，０７．　在施工中严格控制填土质量，为减少坝体本身的不均匀沉陷，应　尽可能避免坝体坡度的突变，两岸岸坡，岩质边坡不陡于１：　Ｏ．７５，土质边坡不陡于１：１。较高坝更缓。　（２）控制坝的填筑含水量，使之略高于塑限含水量，并均匀碾　收稿日期：２０１３—８—７　压，对减少和防止裂缝出现是有效的。因为填土含水量增加，填　土适应能力提高，但过高，压实困难，沉降量加大。　（３）采取必要的措施，土坝与刚性砌体或岸坡接合处，适当加　宽防渗体厚度，采用截水槽、齿墙、以延长渗径，都是可行的。　（４）加强土石坝的观测、分析是预防和发现土石坝裂缝的有　效方法。判断裂缝的方法，有沉降率法、倾度法等价梁法。　２．４裂缝的处理　土石坝发现裂缝后，应通过观测，挖探槽，探明裂缝的部位形　状、长度、宽度、错距、走向以及发展情况，并结合设计、施工方面　的资料分析裂缝的成因。不同的成因，处理的方法不同。　２．４．１开挖回填法　此法处理比较彻底，适用于横向裂缝或没有滑坡可能性的纵　向裂缝。对横向裂缝应首先考虑此法。开挖前，用石灰水灌缝，探　时裂缝走向和深度，指导开挖。开挖时，采用梯形断面，深入缝底　０－３　０．５ｍ，底宽至少０．５ｍ，边坡以满足稳定及新旧坝体结合要求，　・３５６・