水庫壩體裂縫成因及修補(bǔ)處理

宋廣強(qiáng)

（新疆喀什葉爾羌河勘測設(shè)計院 新疆莎車 844700）

近年來水資源供輸成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)，這關(guān)系著一個地區(qū)的現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，并且對區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)提供了諸多的資源條件。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，于偏遠(yuǎn)地區(qū)興建水利設(shè)施有助于土地資源的開發(fā)利用，同時也為區(qū)域用水調(diào)控起到了推動作用。為了改變傳統(tǒng)資源分配應(yīng)用的不足，國家逐漸擴(kuò)大了水利工程的投資額度，保障了地方水資源調(diào)配的高效運(yùn)行。與此同時，面對不斷出現(xiàn)病害問題的水工建筑物，地方也應(yīng)當(dāng)做好各類病害的處理工作。

1 興建水庫的作用

水利工程建設(shè)關(guān)系著地區(qū)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的發(fā)展水平，以及對地方資源調(diào)度利用的綜合效率，做好水庫工程建設(shè)工作關(guān)系著社會現(xiàn)代化改造進(jìn)程。繼“十八大”之后，我國對水利工程項目給予了足夠的重視，積極投資水利設(shè)施以滿足地區(qū)用水控制的要求。根據(jù)水庫的結(jié)構(gòu)組成，我國興建水庫的作用如下：

（1）調(diào)度作用。按照不同的使用范圍，水庫面積大小不一，承當(dāng)?shù)乃Y源調(diào)度荷載也不一樣。根據(jù)我國水利部門提供的最新標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)水庫可分為大、中、小等三種不同類型，如表 1，每一種水庫都有其特定的使用職能。比如，中小型水庫常用于農(nóng)田灌溉生產(chǎn)，為地區(qū)提供廣闊的水調(diào)度作業(yè)平臺，滿足了地區(qū)用水改造的需求；大型水庫多數(shù)用于工業(yè)發(fā)電，為電能生產(chǎn)與供應(yīng)創(chuàng)建了更多的平臺；這些都說明水庫對水資源調(diào)度利用的價值。

表1 水庫類型及其庫容

（2）抗災(zāi)作用。水文地質(zhì)災(zāi)害是自然界比較常見的現(xiàn)象，水災(zāi)害更是比較多發(fā)的災(zāi)害之一。大量水資源運(yùn)動規(guī)律呈現(xiàn)異常狀態(tài)時，不僅影響到了水調(diào)度控制的作業(yè)效率，也會對地區(qū)設(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重的危害性，這些都不利于地區(qū)規(guī)劃與發(fā)展。興建水庫具有蓄水、排水等雙向功能，可根據(jù)地區(qū)用水要求調(diào)控流經(jīng)方向，避免水資源過度集中而產(chǎn)生的危害。例如，水庫根據(jù)農(nóng)田用水需求，及時排水以提供給農(nóng)作物生長要求，從而保證了資源的可持續(xù)利用。

2 水庫壩體病害成因分析

水庫是水資源調(diào)度的集中蓄水區(qū)，借助水庫功能設(shè)施實現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用，擺脫了傳統(tǒng)水調(diào)度作業(yè)模式的不足，影響到了整個區(qū)域的水分配效率。隨著社會水資源調(diào)度范圍的擴(kuò)大化，水庫壩體潛在結(jié)構(gòu)病害也越來越多。據(jù) 2013年水利報告顯示，國內(nèi)大、中、小等三種級別水庫均出現(xiàn)了不同程度的損壞現(xiàn)象，尤其是大型水庫病害率達(dá)20%以上，中小型則在15%左右，這充分說明了現(xiàn)有水庫險情的嚴(yán)峻局勢。結(jié)合行業(yè)報告情況，本次分析了水庫壩體主要類別及病害現(xiàn)象，總結(jié)了水庫壩體病害的相關(guān)成因。

2.1 混凝土壩

這類壩體是采用混凝土結(jié)構(gòu)為支撐，利用混凝土與鋼筋材料之間的粘合性能，支撐著水庫蓄水區(qū)內(nèi)的受力體系，適用于大型水庫建設(shè)。當(dāng)前，水庫混凝土壩主要分為重力壩、拱壩、支墩壩等形式，每一種壩體都要根據(jù)實際應(yīng)用要求進(jìn)行選擇，才能實現(xiàn)壩體功能的最優(yōu)化利用。比如，重力壩結(jié)合了壩體、基礎(chǔ)層等兩部分的摩擦力，承受水流產(chǎn)生的推動力，維持了水庫的穩(wěn)定性。從現(xiàn)場勘察情況分析，混凝土壩形成裂縫的原因比較明顯，主要表現(xiàn)為蓄水區(qū)承載水量超出臨界值，大量水資源蓄積對水庫壩體產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖刷力，混凝土結(jié)構(gòu)承載力達(dá)到極限值而出現(xiàn)裂縫。此外，水資源調(diào)度運(yùn)行產(chǎn)生的瞬間性沖刷力，由于調(diào)度中水流量相對集中，瞬間破壞了壩體構(gòu)造，這也是裂縫產(chǎn)生的主要原因。

2.2 土石壩

這類壩體是傳統(tǒng)水庫建設(shè)常用的形式，早期水利施工技術(shù)條件有限，對壩體結(jié)構(gòu)未能掌握先進(jìn)的工藝方案，破壞了壩體結(jié)構(gòu)性能的牢固性。土石壩主要分為土壩、堆石壩、土石混合壩等，基本材料來源于普通的水泥、砂礫料等。正常情況下，土石壩適用于中小型水庫建設(shè)，借助壩體、防滲體、排水體、護(hù)坡等構(gòu)造，維持了水庫系統(tǒng)調(diào)度的持久性，保障了水域資源得到合理調(diào)配。作為水庫最早采用的壩體形式，土石壩在維持水資源調(diào)度中的作用得到認(rèn)可，但其潛在的結(jié)構(gòu)缺陷也同樣顯著。土石壩裂縫成因：一是材料問題，土石壩所用材料為傳統(tǒng)建筑物料，筑造成形后壩體的承載力較弱，無法抵擋大流量水資源調(diào)控形成的沖刷力；二是結(jié)構(gòu)問題，土石壩結(jié)構(gòu)未按照區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)定的厚度、高度、位置等要素不合理，勢必也導(dǎo)致了壩體裂縫的不斷形成。

3 水庫壩體裂縫處理的綜合方法

伴隨我國水利事業(yè)的快速發(fā)展，水庫作為現(xiàn)代水利的主要樞紐之一，其承受的水資源調(diào)度壓力越來越大。壩面發(fā)生裂縫后，應(yīng)通過表面觀測和開挖探坑、探槽，查明裂縫的確切部位、形狀、寬度、長度、錯距、走向以及它們的發(fā)展情況。按照水庫壩體形成的主要原因，施工單位需編制切實可行的病害處理方案，綜合控制各類裂縫的危害范圍，提升水庫調(diào)度用水的工作效率。

3.1 開挖回填

施工簡單，裂縫處理較徹底，效果較好，適用于深度在 5m以內(nèi)，并已停止發(fā)展的裂縫。開挖前應(yīng)沿裂口灌注少量石灰水，以掌握開挖的范圍。挖槽深寬均應(yīng)超過裂縫0.3m-0.5m，長度超出縫端 1m。現(xiàn)場人員要嚴(yán)格按照壩體裂縫成因執(zhí)行處理方案，如圖1，采取切實可行的數(shù)據(jù)控制模式，增強(qiáng)壩體抵抗開裂現(xiàn)象的能力。一般情況下，開挖回填處理可采用梯形臺階、十字形結(jié)合槽等方式。

（1）梯形臺階。槽坑開挖時順縫抽槽，保持梯形斷面，以利與原堤壩的結(jié)合。當(dāng)裂縫較深時可挖成階梯形槽坑，臺階高1.5m。槽口附近不宜堆放土料，以利出土和施工安全。槽坑回填前先削去臺階，灑水濕潤槽壁并刨毛，再回填與原堤壩體相同的土料，分層夯實。壓實過程中要控制臺階的整體結(jié)構(gòu)，防止壓實力過大而損壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，綜合保證水庫壩體層的牢固性。

（2）十字形結(jié)合槽。適用于貫穿堤壩的橫向裂縫。開挖時順裂縫方向每隔 5m～6m，設(shè)一道垂直于裂縫的結(jié)合槽，回填時要注意新老土的結(jié)合。在汛期，抽槽法適用于高出洪水位的裂縫搶護(hù)。一般裂縫處理宜在枯水期或降低水位后進(jìn)行，必要時應(yīng)在上游堤壩坡加筑臨時圍堰，以策安全。龜形裂縫一般不作處理，若處理也可采取泥漿封口，或?qū)斄淹翆优偎蓾駶櫤粚崳鎸釉黉佉陨靶酝帘Ｗo(hù)。

3.2 充填灌漿

對于較深的裂縫，可采用灌漿法，或采取上部開挖回填、下部灌漿的方法處理，以減少抽槽工程量。灌漿部位的頂部必須保持有2m以上的開挖回填層作為阻漿蓋，以防止?jié){液外噴?；靥顣r預(yù)埋灌漿管（鐵管或竹管），如條件許可可采用分段、回漿的灌漿方法，效果較好。漿液濃度應(yīng)先稀后稠，灌漿壓力由小到大。充填灌漿處理裂縫病害，需根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件及壩體結(jié)構(gòu)分布，控制好灌漿操作的工藝流程，避免灌漿量超標(biāo)而減弱壩體的牢固性能。

圖1 裂縫開槽處理

3.3 裂縫灌漿

水庫壩體承載著多方面的受力荷載，當(dāng)各種受力指標(biāo)超出臨界值范圍之后，壩體裂縫變化出現(xiàn)不同程度的變化，特別是裂縫深度會逐漸蔓延，進(jìn)而對壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞力。例如，對于較深的裂縫，可以采用灌漿或上部開挖回填、下部灌漿的方法處理，以減少工程量。裂縫灌漿一方面可使?jié){液填充裂縫，另一方面還可在灌漿壓力作用下，擠密裂縫周圍壩體填土，達(dá)到堵塞裂縫加固壩體的目的。裂縫灌漿技術(shù)應(yīng)用要考慮壩體的病害程度，按照工程圖紙要求執(zhí)行施工對策，從而保證壩體結(jié)構(gòu)承載性能達(dá)標(biāo)，有足夠條件抵抗裂縫的危害。

3.4 壓力灌漿

堤頂部位可先壓漿后開挖，以利于打眼機(jī)壓漿機(jī)施工方便，堤坡部位可以先挖槽用人工錐探，壓漿機(jī)灌漿，錐探深度堤頂?shù)唐戮鶠椴恍∮?米，以保證裂縫處理質(zhì)量。灌漿對每眼無論吃漿大小都應(yīng)進(jìn)行復(fù)灌，這樣可以保證灌漿施工的最終效果。壓力灌漿通常選用壓力機(jī)械作為輔助裝置，參照現(xiàn)場作業(yè)情況控制裂縫壓灌的受力大小，從而實現(xiàn)了裂縫病害的整治與修補(bǔ)。對于大型水庫壩體裂縫采用灌漿處理，應(yīng)當(dāng)科學(xué)地選擇灌漿位置，分析壩體結(jié)構(gòu)受力層次情況，編制一套完整的裂縫修補(bǔ)方式。

4 水庫壩體日常維護(hù)措施

近年來，因工程設(shè)施老化，大部分水庫存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程老化、壩基滲漏等諸多安全隱患，防洪能力達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，不能正常蓄水興利。其中，汛期時受強(qiáng)降雨影響，有的水庫副壩出現(xiàn)壩體裂縫，壩坡存在滑坡隱患。為了改變水庫壩體結(jié)構(gòu)病害現(xiàn)狀，水利部門要采取切實可行的病害處理方法，嚴(yán)格控制壩體裂縫造成的危害性，從而提升整個水庫調(diào)度水資源的工作效率。日常維護(hù)過程中，值班人員要定期檢查壩體結(jié)構(gòu)是否完整、檢查水庫調(diào)度水工作數(shù)據(jù)、觀測汛期水庫結(jié)構(gòu)狀態(tài)等，嚴(yán)格防范外部荷載對壩體產(chǎn)生的破壞力。必要時可提前對壩體結(jié)構(gòu)設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，控制好壩體水工結(jié)構(gòu)的受力程度，避免橫向、縱向受力荷載超出臨界值而引起結(jié)構(gòu)性損壞。

5 結(jié)論

新時期我國增大了水庫設(shè)施建設(shè)投資額度，為保障地區(qū)水資源調(diào)度發(fā)揮了重要作用。受多方面因素影響，水庫壩體結(jié)構(gòu)性能正面臨著病害考驗，裂縫對水庫壩體造成的危害甚大，做好裂縫處理工作是不可缺少的。針對混凝土壩、土石壩等存在的裂縫問題，施工單位要根據(jù)現(xiàn)場勘查的具體情況，選擇適當(dāng)方法進(jìn)行處理，保障水庫在水資源調(diào)配方面發(fā)揮應(yīng)有的功能。

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