土壩裂縫的預(yù)防和處理

段麗輝

【摘 要】盡管鋼筋混凝土的使用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，但是，土壩在水利工程中還是十分常見，由于土壩是由土料堆積而成的，因此水庫(kù)蓄水以后土壩容易產(chǎn)生裂縫或滲漏。本文探討了土壩裂縫的預(yù)防和處理。

【關(guān)鍵詞】土壩；裂縫； 預(yù)防；處理

[文章編號(hào)]1619-2737（2016）05-18-561

【Abstract】Although the use of reinforced concrete has become increasingly widespread， but the dam in water conservancy project is still very common， because the dam is formed by the accumulation of soil material， so after impoundment dam prone to cracks or leaks. This paper discusses the prevention and management of dam cracks.

【Key words】Dam；Crack；Prevention；Treatment

盡管鋼筋混凝土的使用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，但是，土壩在水利工程中還是十分常見，由于土壩是由土料堆積而成且具有一定的透水性，因此水庫(kù)蓄水以后土壩容易產(chǎn)生裂縫或滲漏，但是，如果裂縫過(guò)寬或者滲漏量過(guò)大，就會(huì)直接危及大壩的使用和安全。因此，對(duì)土壩裂縫、滲漏必須引起注意，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

土壩裂縫的成因主要是由于壩基承載力不均勻，壩體材料不一致，施工質(zhì)量差，設(shè)計(jì)不夠合理所致。土壩的裂縫，按照裂縫走向可分為橫向裂縫、縱向裂縫、水平裂縫和龜紋裂縫。

土壩產(chǎn)生不同裂縫時(shí)，有關(guān)部門應(yīng)該采取不同的預(yù)防措施。

1. 不同土壩裂縫的預(yù)防措施

1.1 龜紋裂縫的預(yù)防措施。

及時(shí)在竣工后的壩面上及時(shí)設(shè)砂性土保護(hù)層是預(yù)防龜紋裂縫的有效措施。此外，在施工期防止壩體填土龜裂也是很重要的。填筑中斷時(shí)，應(yīng)在填土表面鋪松土保護(hù)層。對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的龜紋裂縫則應(yīng)翻松重壓，以免在壩體內(nèi)留下隱患。

1.2 沉陷裂縫的預(yù)防措施。

壩體沉陷裂縫的預(yù)防應(yīng)該同時(shí)從兩方面著手：一方面是減少壩體和壩基的沉陷和不均勻沉陷；另一方面是提高壩體填土適應(yīng)變形的能力，此外還可以采取必要的安全措施，以防止由于壩體裂縫而導(dǎo)致土壩出險(xiǎn)。

1.2.1 減少壩體和壩基的沉陷和不均勻沉陷。

（1）造成沉陷裂縫的直接原因是壩體的不均勻沉陷，但是一般說(shuō)來(lái)，沉陷越大，不均勻沉陷也越大，所以減少壩體和壩基的沉陷是預(yù)防沉陷裂縫的重要措施。對(duì)壩基中的軟土層，應(yīng)該優(yōu)先考慮挖除。如果開挖困難，則可以考慮采用打砂井（對(duì)于軟黏土層）或預(yù)先浸水（對(duì)于濕陷性黃土）等措施，使壩基土層事先沉陷。對(duì)于土壩壩體，根據(jù)土料特性和碾壓條件，選擇適宜的填筑標(biāo)準(zhǔn)之后，更重要的是在施工時(shí)必須嚴(yán)格控制填土質(zhì)量。土壩裂縫中的很大一部分是由于填土質(zhì)量差所引起的。

（2）為了減少壩體的不均勻沉陷還應(yīng)該盡可能避免壩體高度的突變。與土質(zhì)防滲體連接的岸坡的開挖應(yīng)符合下列要求土岸坡應(yīng)大致平，不應(yīng)成臺(tái)階狀、反坡或突然變坡，岸坡自上而下由緩坡變陡坡時(shí)，變換坡度宜小于20°；巖石岸坡不宜陡于1︰0.5，陡于此坡度時(shí)應(yīng)有專門論證，并應(yīng)采取相應(yīng)工程措施；土質(zhì)岸坡不宜陡于1：1.5。

（3）埋在土壩下面涵管的外墻壁面和溢洪道邊墻（墩）與土壩相接觸的壁面，都應(yīng)該有一定坡度，這樣不但可以減少壩體不均勻沉陷，而且有利于涵管和邊（墩）與壩體的結(jié)合處理。必須強(qiáng)調(diào)，在施工中要保證填土的密實(shí)度均勻，防止因漏壓、欠壓而造成的局部松土層。上述這些措施對(duì)于減少壩體不均勻沉陷，防止發(fā)生裂縫是十分重要的。

1.2.2 提高壩體填土適應(yīng)變形的能力。填土適應(yīng)變形的能力，除了取決于它的礦物成分、顆粒組成外.還與填土的含水量和干容重有關(guān)。含水量的增加，對(duì)提高填土適應(yīng)變形的能力有較顯著的效果。但是，含水量過(guò)高就會(huì)使填土壓實(shí)困難，沉陷增加。因此、控制壩體的填筑含水量、使之略高于塑限含水量，對(duì)于減少和防止出現(xiàn)裂縫來(lái)說(shuō)是有效的。在可能發(fā)生裂縫而又難于檢查發(fā)現(xiàn)的部位，如混凝土防滲墻或涵管的上部等處，可用塑性較好、適應(yīng)變形能力較強(qiáng)的土料填筑。

1.2.3 必要的安全措施。土壩裂縫小，危險(xiǎn)性最大的是橫向裂縫和內(nèi)部裂縫。為了防止因出現(xiàn)這些裂縫而導(dǎo)致土壩出險(xiǎn)，需要采用一些必要的安全措施，如；在土壩與其他建筑物或岸坡接合處，適當(dāng)加寬防滲體的厚度；采用刺墻、截水環(huán)或結(jié)合槽，以延長(zhǎng)滲徑，都是很有必要的。在可能發(fā)生裂縫的部位，應(yīng)適當(dāng)增加防滲體下游反濾層的厚度，以防止因反濾層破壞而導(dǎo)致土壩山險(xiǎn)。

把土壩做成拱形，不但可以減少土壩的橫向裂縫，而且可以保證土壩與岸坡良好的接合。

2. 土壩裂縫的處理

處理壩體裂縫首先應(yīng)根據(jù)觀測(cè)資料判斷裂縫類型和部位、裂縫產(chǎn)生的原因，按不同情況進(jìn)行處理。

非滑坡性裂縫處理方法主要有開挖回填、灌漿和兩者結(jié)合等方法。開挖回填是處理裂縫最徹底的方法，適用于位置不深及防滲體面上的裂縫；灌漿法適用于裂縫較多或壩體內(nèi)部裂縫的情況；開挖回填與灌漿相結(jié)合的方法適用于由表層延伸至壩體一定深度的裂縫。

2.1 開挖回填法。

（1）對(duì)于防滲體心墻頂部或斜墻表面的干縮裂縫在處理時(shí)需清除表土層，然后按原設(shè)計(jì)土料分層夯實(shí)，使其干容重達(dá)到設(shè)計(jì)要求；對(duì)于均質(zhì)壩表面干裂且縫深小于0.5m的裂縫，只用泥漿封口，這類小縫浸水后可以自行閉合。

（2）貫穿性橫向裂縫會(huì)順縫漏水、有使壩體穿孔，造成潰壩的危險(xiǎn)采用開挖回填，進(jìn)行徹底處理。開挖回填法具體如下。

2.1.1 裂縫的開挖。

（1）為探清裂縫的范圍和深度，在開挖前可先向縫內(nèi)灌入少員石灰水，然后沿縫挖槽。縫的開挖長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)裂縫兩瑞1m，深度超過(guò)裂縫盡頭0.5m，開挖的坑槽底部的寬度至0.5m，邊坡應(yīng)滿足穩(wěn)定及新舊回填土結(jié)合的要求?？硬坶_挖應(yīng)做好安全防護(hù)工作，防止坑槽進(jìn)水、土壤干裂或凍裂，挖出的土料要遠(yuǎn)離坑口堆放。

（2）對(duì)貫穿壩體的橫向裂縫，開挖時(shí)順縫抽槽，先挖成梯形或階梯形（每階以1.5 m高度為宜，回填時(shí)逐級(jí)消除階梯，保持梯形斷面），并沿裂縫方向每隔5～6m做一道結(jié)合槽.結(jié)合槽垂直裂縫方向，槽寬1.5～2.0m，并注意新老土結(jié)合，以免造成集中滲流。

2.1.2 處理方法。

（1）梯形楔入法。適用于裂縫不太深的非防滲部位，如圖（a）所示。

（2）梯形加蓋法。適用于裂縫不太深的防滲斜墻和均質(zhì)土壩迎水坡的裂縫，如圖（b）所示。

（3）梯形十字法。適用于處理壩體和壩端的橫向裂縫，如圖（c）所示。

2.1.3 土料的回填。

（1）回填的土料要符合壩體土料的設(shè)計(jì)要求。對(duì)沉陷裂縫要選擇塑性較大的土料，含水量大于最優(yōu)含水量的1%～2%?；靥钋?，如果壩土料偏干，則應(yīng)將表面濕潤(rùn)，土體過(guò)濕或冰凍.則應(yīng)清除后再進(jìn)行回填，便于新老土的結(jié)合?；靥顣r(shí)應(yīng)分層夯實(shí)，土層厚度以0.1～0.2m為宜。要特別注意坑槽邊角處的夯實(shí)質(zhì)量，要求壓實(shí)厚度為填上厚度的2/3。回填后，壩頂或壩坡應(yīng)覆蓋30～250 cm的砂性土保護(hù)層。

（2）對(duì)于縫寬大干1cm，縫深超過(guò)2m的縱向裂縫亦需開挖回填處理。但應(yīng)注意，如縫是出于不均勻沉降引起，當(dāng)壩體繼續(xù)產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，應(yīng)先把縫的位置記錄下來(lái)，采用泥漿封口的臨時(shí)措施，待沉降趨于穩(wěn)定時(shí)，再開挖處理，因?yàn)檫@類縫在開挖回填處理中還會(huì)被破壞，故應(yīng)采取必要的安全措施以防人身安全事故發(fā)生。當(dāng)挖槽工作量大時(shí)，可采用打井機(jī)具沿縫挖井。小型土壩采用此方法比較切實(shí)可行，井的直徑一般為120 cm，兩個(gè)并圈搭接30 cm，在具體施工中應(yīng)先打單數(shù)井，回填壩體；之后打雙數(shù)井，分層夯實(shí)。

2.2 充填灌漿。

充填酒漿法就是在裂縫部位用較低壓力或漿液自重把漿液灌入壩體內(nèi)，充填密實(shí)裂縫和孔隙，以達(dá)到加固壩體的目的。

2.2.1 孔序布置。

灌漿前應(yīng)首先對(duì)裂縫的分布、深度及范圍進(jìn)行調(diào)查和探測(cè)，調(diào)查了解壩體施工時(shí)壩體填筑質(zhì)量，以及蓄水后壩體的滲漏及裂縫狀況和發(fā)展過(guò)程。對(duì)于表層裂縫，通常在每條主縫上均需布孔，該孔應(yīng)布置在長(zhǎng)裂縫的兩端、轉(zhuǎn)彎處、縫寬突變處、裂縫密集處及各縫交匯處。但應(yīng)注意，灌漿孔不宜靠近防滲斜墻、反濾體和排水設(shè)施，以及測(cè)壓管的濾水管段，要保持足夠的安全距離（通常不小于3m），以防漿液填塞及串漿發(fā)生，使排、濾水設(shè)施不能正常工作。在用灌漿法處理內(nèi)部裂縫時(shí)，要根據(jù)裂縫大小、分布范圍及灌漿壓力大小而定。一般采用灌漿帳幕式布孔，即在壩頂上游布置1～2排，7L距由疏到密，最終孔距以l～3m為宜，孔深應(yīng)超過(guò)縫深1～2m。

2.2.2 灌漿壓力。

（1）灌漿壓力是保證灌漿效果的關(guān)鍵。灌漿壓力越大，漿液擴(kuò)散半徑也越大，可減少灌漿孔數(shù)，并能將細(xì)小裂縫充填密實(shí)，同時(shí)漿液易析水，灌漿質(zhì)量好。但是，如果壓力過(guò)大，也往往引起冒漿飛串漿，裂縫擴(kuò)展并產(chǎn)生新的裂縫，造成滑坡或擊穿壩殼、堵塞反濾層和排水設(shè)施，甚至人為地造成貫穿上、下游的集中漏水通道，威脅上壩安全。因此，灌漿壓力的選擇應(yīng)在保證壩體安全的前提下，通過(guò)試驗(yàn)確定，一般灌漿管上端孔口壓力采用0.05～0.3MP；施灌時(shí)灌漿壓力必須由小到大，逐步增加，不得突然增大，灌漿過(guò)程中，應(yīng)維持壓力穩(wěn)定，波動(dòng)范圍不得超過(guò)5%。同時(shí).采用的最大灌漿壓力不得超過(guò)灌漿孔段以上的土體重量。允許最大灌漿壓力可按下式估算。

p=KγH

式中：P為允許最大灌漿壓力，KPa；K為系數(shù)，對(duì)砂質(zhì)土取0.1，壤土取0.15，黏土取0.2； γ為灌漿孔段以上土層容重，可采用14～16KN/m3；H為灌漿孔段埋藏深度，m。

（2）在實(shí)際工作中，灌漿壓力要逐步增加。每次增加壓力以前，必須爭(zhēng)取在該壓力下達(dá)到吃漿量0.5L/mm左右，至少持續(xù)10min。灌漿壓力可用灌漿機(jī)（泥漿泵）或重力法取得。采用重力灌漿時(shí)，泥漿桶可以放置在附近山頭或在壩頂搭架，但應(yīng)保證漿捅的泥漿面至灌漿管入口的高差不小于10m。采用灌槳法處理裂縫時(shí)，港槳壓力常需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?！伴L(zhǎng)時(shí)低壓”灌漿，一方面可保證漿液在縫中的充填效果；另一方面又不使裂縫因壓力過(guò)大而展開。許多單位通過(guò)灌漿實(shí)踐，提出來(lái)用低壓灌漿的觀點(diǎn)，建議孔口壓力控制在0.05MPa左右。為了保證低壓灌漿的效果，可以在漿液中加入適量的水玻璃，改善槳液的流動(dòng)性。

2.2.3 灌漿漿液。

灌漿漿液一般采用人工制漿，對(duì)于灌漿量大的工程，也可采用機(jī)械制漿。對(duì)漿液要求流動(dòng)性好，使其能灌入裂縫；析水性好，使?jié){液進(jìn)入裂縫后，能較快地排水固結(jié)；收縮性好，使?jié){液析水后與土壩結(jié)合密實(shí)。常用的漿液有純黏土漿和水泥黏土漿兩種。

2.2.3.1 純黏土漿。

（1）多用于浸潤(rùn)線以上壩體裂縫的充填，如用于浸潤(rùn)線以下時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間不易凝固，不能發(fā)揮灌漿的效果。其用黏性土作材料，一般黏粒含量在20%～45%為宜。如黏粒過(guò)多，土料黏性過(guò)大，漿液析水慢，凝固時(shí)間長(zhǎng)，影響灌漿效果。漿液的濃度，在保持漿液對(duì)裂縫具有足夠的充填能力條件下，稠度越大越好，根據(jù)試驗(yàn)， 一般采用水土重量比為1︰1～1︰2.5），泥漿的比重一般控制在1.45～1.7。

（2）為了改善泥漿的黏度和增加漿液的流動(dòng)性，增強(qiáng)灌漿后的初期強(qiáng)度和加快泥漿的初凝時(shí)間，驅(qū)趕和毒殺危害堤壩安全的小動(dòng)物（如白蟻、豬等），有時(shí)需添加一定量的附加劑。目前，我國(guó)普遍采用滲入化學(xué)藥劑，如水玻璃、殺蟲劑，如可在漿液中滲入1%～3%干料重的硅酸鋼（水玻璃）。

2.2.3.2 水泥黏土漿。

（1）其為土料和一定比例的水泥混合攪制而成。存土料中摻入10%～30%土料重的水泥后，漿液析水性好，可促使?jié){液及早凝固發(fā)探效果。注意水泥核和員不能過(guò)大，否則漿液凝固后不能適應(yīng)土壩變形而開裂。

（2）水泥黏土漿灌入壩體裂縫后會(huì)很快初凝，可用在浸潤(rùn)線以下壩體裂縫的充填。但混合漿會(huì)因水體濾失及體積收縮而漿面下沉，并導(dǎo)致固結(jié)后漿體中產(chǎn)生細(xì)小水平縫。水泥黏土漿固結(jié)后其密度比純泥漿小，且與壩體結(jié)合情況不如純泥漿好，故灌槳法處理裂縫時(shí)較少采用，而主要用于壩身與剛性建筑物接觸部位以及堵塞漏洞。

2.2.4 灌漿與封孔。

（1）灌漿時(shí)應(yīng)采用“由外向里，分序灌漿”和“由稀到稠，少灌多復(fù)”的方式進(jìn)行。采用少灌多復(fù)可以使?jié){體形成疏密相間和顆粒粗細(xì)相間的木紋狀構(gòu)造，提高充填密實(shí)及防滲效果。第一次潛入的漿液，泥漿向壩體排水固結(jié)時(shí)，紉粒的流動(dòng)性大.隨水挾帶滲入壩體孔隙，其結(jié)果即在縫內(nèi)及側(cè)壁形成固結(jié)的由膠體黏粒組成的透水性小及微密的薄黏土層。第二次灌漿時(shí).泥漿又從尚未固結(jié)的原泥漿漿脈中沖出，形成第二次黏粒向側(cè)壁運(yùn)動(dòng)，在縫內(nèi)細(xì)粒向第一次堵縫的粗顆粒滲吸，細(xì)粒在析水過(guò)程中形成兩性膠狀的弱透水帶并進(jìn)而形成疏密相間的木紋狀漿脈，這對(duì)防溶極為有利。

（2）存設(shè)計(jì)壓力下，灌漿孔段經(jīng)連續(xù)3次復(fù)灌，不再吸漿時(shí)，灌漿即可結(jié)束。在漿液初凝后（一般為12h）可進(jìn)行封孔，封孔時(shí)，先應(yīng)掃孔到底，分層填入直徑2～3cm的干黏土泥球，每層厚度一般為0.5～1.0m，然后搗實(shí)。均質(zhì)土壩可向孔內(nèi)灌注濃泥漿或灌注最優(yōu)含水量的制漿上料搗實(shí)。

2.2.5 灌漿時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

在雨季及庫(kù)水位較高時(shí)，由于泥漿不易固結(jié)，一般不宜進(jìn)行灌漿；灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，若中途必須停灌，應(yīng)及時(shí)洗清灌孔，并盡可能在l～2h內(nèi)恢復(fù)灌漿；灌漿時(shí)應(yīng)密切注意壩坡的穩(wěn)定及其他異?，F(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)突然變化應(yīng)立即停止灌漿，分析原因后采取相應(yīng)處理措施；灌漿結(jié)束后10～l5d，對(duì)吃漿量較大的孔應(yīng)進(jìn)行一次復(fù)灌，以充填上層漿液齊凝固過(guò)程中因收縮而脫離壩體所產(chǎn)生的空隙。

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