浅谈土坝裂缝的预防与治理

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摘要：本文首先介绍了土坝裂缝的类型与成因，然后分析了土坝裂缝的预防措施，最后阐述了土坝裂缝的治理措施。

关键词：土坝裂缝成因预防治理措施

中图分类号：P618文献标识码： A

土坝坝体裂缝是一种较常见的病害现象，大多发生在蓄水运用期间。平行坝轴线的纵向裂缝最为普遍，而且深度大的纵向裂缝往往会导致坝体滑塌。垂直坝轴线的横向裂缝可能发展成贯穿坝体的漏水通道，甚至造成溃坝失事。土坝裂缝影响水库正常蓄水，使水库长期不能发挥效益。因此，对土坝的裂缝应予以足够重视。

据统计，在国内大型水库发生的1000宗工程事故中，裂缝所占比重为25.3%，其中90%以上土坝裂缝是由于不均匀沉降所引起的。不均匀沉降的主要原因是基础处理不好、岸坡较陡、坝坡较陡、土料不符合设计要求、含水量控制不严、地震、干缩及冻融等。在不均匀沉降裂缝中，有坝顶或坝坡上出现的张开裂缝，包括横向裂缝、纵向裂缝，还有坝面上看不到的内部裂缝。在一定的条件下，作用于上游坝面上的库水压力在水力劈裂作用下，能够引起现有的闭合裂缝张开或形成新的裂缝。裂缝是初始渗漏的原因，而裂缝中的集中渗流引起了严重的管涌危害或完全破坏坝体，尤其横向裂缝最危险。所以，土坝发生裂缝后应及时修补加固。

1土坝裂缝的类型与成因

1.1土坝裂缝的类型

1.1.1按裂缝的部位分类：(1)表面裂缝；(2)内部裂缝。

1.1.2按裂缝的方向分类：(1)横向裂缝；(2)纵向裂缝；(3)水平裂缝；(4)斜向和龟纹裂缝。

1.1.3按裂缝的成因分类：(1)变形裂缝；(2)干缩裂缝；(3)冻融裂缝；(4)滑坡裂缝；(5)冲蚀裂缝等。

1.2土坝裂缝的成因

通过对土坝裂缝类型的分析，其裂缝成因可概括为：

1.2.1 勘测设计方面

勘察不细，地质情况不清，坝址选择不合适。设计标准低，设计方案不合理，计算有误等勘测设计不当造成裂缝。

1.2.2 施工方面

违反施工技术操作规范和设计要求，施工方法不当，选用材料不合要求，工期延误等施工不良造成裂缝。

1.2.3 管理运用方面

缺少观测设施，检查观测制度不严，未能及时发现隐患，养护维修不及时，致使裂缝发展扩大。

1.2.4 自然因素

如发生非常洪水和大地震等造成土坝裂缝。

2土坝裂缝的预防措施

土坝的裂缝是比较常见的。但是，相关部门对其中某些裂缝的潜在危险，往往没有给予应有的重视，从而造成严重的后果。如细小的横向裂缝可能发展成为坝体的集中渗漏通道，细小的纵向裂缝也可能是坝体滑坡的预兆。为此，对土坝裂缝应予以重视，并加强预防工作。

2.1干缩和冻融裂缝的预防

为防止出现此种裂缝，在土坝建成后，坝面上及时铺设砂性土保护层；在施工中，填筑中断时，应在填土表面铺松土保护。

2.2 沉陷裂缝的预防

为了减少不均匀沉陷，对坝基中的软土层，应该优先考虑挖除，如不能挖除时，则考虑打砂井(对软粘土层)或预先浸水(对湿陷黄土)等措施，使坝基土层事先沉陷。对于坝体，根据土料特性和碾压条件，选择适宜的填筑标准。在施工中，严格控制填土质量，保证填土密实均匀，防止出现漏压少压。为了减少坝体本身的不均匀沉陷，尽可能地避免坝体坡度的突变，土坝两岸的山坡也应挖成较缓的边坡，不允许有倒坡和峭壁存在。对于岩基，一般要求边坡不陡于1：0.75，对土基边坡不陡于1：1。如果坝较高，对岩基一般应采用边坡1：0.75，土基边坡1：1.5。埋在土坝下面的输水管、涵和溢洪道导墙与土坝接触处，应有一定坡度，这样不仅可以减少坝体不均匀沉陷，而且有利于输水管、涵和导墙与坝体的结合。

2.3 提高坝体填土适应变形能力

坝体填土的适应变形能力主要取决于填土的含水量和干容重。含水量增加，填土的适应能力提高，但是含水量过高，就会使填土压实困难，沉陷量加大。因此，控制坝体的填土含水量，使之略高于塑限含水量，并碾压均匀，对减少和防止出现裂缝是有效的。

2.4 必要的安全措施

在土坝与其它建筑物或岸坡接合处，适当加宽防渗体的厚度，采用刺墙、截水环和结合槽，以延长渗径。在可能发生裂缝的部位，适当增加防渗体下游的反滤厚度，以防止因反滤层破坏而导致土坝出险。

3土坝裂缝的治理措施

如果土坝坝体在竣工或运行时出现裂缝，应加强观察，必要时可开挖槽坑和钻探检查。应根据检查的情况和观察资料，判断裂缝的特征、规模和部位等，正确分析裂缝产生的原因，采取有针对性的措施，适时进行加固处理。

一般在砂砾石坝壳中防渗体发生的裂缝，可用砂土填塞，表面再以低塑性粘土封填夯实，以防止雨水冲蚀。坝顶浅层纵缝可按干缩裂缝处理，为了慎重起见，也可挖除重填。

对于均质坝和多种土料坝的防渗体中深度较大的裂缝，特别是贯穿的横向裂缝，粘土心墙的水平缝，粘土斜墙和铺盖的纵、横向裂缝等，这些裂缝非常危险，必须给予慎重和严格的处理。对于暂时不致发生险情的裂缝，一般宜等待裂缝发展稳定后再进行处理，处理方法主要有开挖回填、灌浆以及造孔回填混凝土或粘土防渗墙等方法。下面主要介绍处理裂缝的开挖回填法和灌浆法。

3.1开挖回填处理

开挖回填是处理裂缝比较彻底的方法，适用于处理深度不超过3m的裂缝，或允许放空水库进行修补加固防渗部位的裂缝。

3.1.1裂缝的开挖

为显示出裂缝，开挖时应先沿裂缝灌入少量石灰水，再沿石灰痕迹开挖，以利掌握开挖边界。开挖长度应超过裂缝两端1m以外，开挖深度应超过裂缝0.5m，开挖边坡以不致坍塌并满足新旧填土接合紧密的要求为原则，槽底宽至少0.5 m，开挖结束后应避免雨淋、曝晒和冰冻，以免影响回填质量。

开挖的横断面主要根据裂缝所在部位的不同而异。

1)梯形楔入法：适用于不太深的非防渗部位裂缝。开挖时采用梯形断面，或开挖成台阶形的坑槽。回填时削去台阶，保持梯形断面，便于新老土料的紧密结合。

2)梯形加盖法：适用于裂缝不太深的防渗斜墙和均质土坝迎水坡面的裂缝，其开挖槽形的下部尺寸与“梯形楔入法”大致相同，唯上部因防渗的需要，适当扩大开挖范围。

3)梯形十字法：适用于处理坝体和坝端的横向裂缝，开挖时除沿缝开挖直槽外在垂直裂缝方面每隔一定距离(2 m～4 m)，加挖结合槽与裂缝坑槽组成“十”字。

3.1.2土料的回填

根据坝体土料和不同裂缝性质，回填的土料按以下原则选用：沉陷裂缝应选用塑性较大的土料，控制含水量大于最优含水量1%～2%。干缩和冻融裂缝可用与原来相同的土料回填，回填前，如果坝土偏干，则应将其湿润，对于过湿或冰冻的土，应清除后再回填。回填前应将槽坑周围预先刨毛，回填土应分层夯实，填土层厚以10cm～20cm为宜。压实工具视工作面大小，可采用人工夯实或机械碾压，并注意将槽坑的阶梯逐层挖至斜坡。

3.2灌浆处理

3.2.1灌浆孔的布置

灌浆孔应按照“由疏到密”的施工顺序，按如下原则进行布置。

1)对于土坝表层可见的裂缝，孔位一般布置在长裂缝的两端、转弯处、缝宽突然变化处及裂缝密集处。但应注意灌浆孔距、导渗设施和观测设备之间应有足够的距离，一般不应少于3m，以防止因串浆而影响其正常工作。

2)对于坝体内部的裂缝，布孔时应根据内部裂缝的分布范围、灌浆压力和坝体结构综合考虑。一般采用灌浆帷幕式布孔，在坝顶上游侧布置1～2排，孔距由疏到密，最终孔距以3m～6m为宜。孔深应超过缝深1m～2m。

3)对岸坡段或坝体内部有空洞的部位，应压缩孔距，采用小于0.05mPa的低压灌注，用较稠的浆液逐孔轮流慢速灌注，并在较大裂缝的两侧增加2～3排梅花型副孔，用充填法灌注。

3.2.2灌浆的材料

一般可采用含粉砂甚至含少量中细砂的塑性指数在10左右的粉质土或黄土。为改善浆液的流动性，增加可灌性，加速凝结或减小体积收缩，还可加入少量的掺和料，如低标号水泥和粘土，水玻璃、氧化钙、铝粉、硫化钠等。

3.2.3灌浆压力

灌浆压力的大小是保证灌浆效果的重要关键。灌浆压力越大，浆液扩散半径也越大，可减少灌浆孔数，并将细小裂缝也充填密实；同时浆液易析水，灌浆质量也越好。但是压力过大，也往往会引起冒浆、串浆、裂缝扩展或新的裂缝，甚至造成滑坡或击穿坝壳，堵塞反滤层或排水设施。因此，灌浆压力的选择要十分慎重，一般可采取自重压力，即使浆液面保持一定高度，靠液柱的自重灌入裂缝，必要时也可施加低压。

3.3开挖回填和灌浆相结合

在非滑动性很深的表面裂缝进行处理时，可以采用表层开挖回填，深层灌浆相结合的处理措施。

4结语

土坝裂缝是土坝失事的主要原因之一，而土坝的裂缝大多是由于施工质量差而导致地基不均匀沉降所引起的。为了保证土坝能够安全有效的正常运行，避免土坝的破坏与事故的发生，必须针对现有病险土坝裂缝的产生原因进行分析，并结合裂缝的成因进行除险加固治理。同时，在调度运用期间，严格按照规范和操作规程进行，加强管理的专业性，避免调度运行中的行政干预，保证大坝安全有效利用，增加水库的经济效益。

参考文献：

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