解決土壩裂縫的措施

厲勝元

摘 要：在水利工程中，土壩如果缺少必要的檢查、維護(hù)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，并且會(huì)越來越大，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置，導(dǎo)致土壩險(xiǎn)情和災(zāi)害。本文分析了土壩裂縫的成因及對(duì)策。

關(guān)鍵詞：土壩；裂縫；產(chǎn)生原因；分析

在水利工程中，土壩是我國最常見的水庫壩體，因其就地取材、施工簡單、運(yùn)行可靠，廣泛應(yīng)用于中低壩型。土壩由于施工、使用等原因會(huì)產(chǎn)生裂縫，如果缺少必要的檢查、維護(hù)，裂縫會(huì)越來越大，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置，會(huì)影響正常使用甚至出現(xiàn)險(xiǎn)情和災(zāi)害。因此加強(qiáng)土壩的日常檢查和養(yǎng)護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理土壩裂縫，是水利工程管理中的重要工作。本文分析了土壩裂縫的成因及對(duì)策。

1.土壩裂縫的分類及產(chǎn)生的原因

（1）根據(jù)裂縫所處部位的不同，裂縫分為：1）表面裂縫：表面裂縫分布在壩體的表面，肉眼可見，通常表現(xiàn)出上寬下窄的特征。2）內(nèi)部裂縫：顧名思義，內(nèi)部裂縫位于壩體內(nèi)部，在壩體表面看不到。通常內(nèi)部裂縫表現(xiàn)出：內(nèi)部水平裂縫呈透鏡狀；內(nèi)部堅(jiān)向裂縫呈上窄下寬的的特征。

（2）根據(jù)裂縫的走向不同，裂縫分為：1）橫向裂縫：橫向裂縫的走向與壩軸線方向大致垂直。2）縱向裂縫：縱向裂縫的走向與壩軸線方向大致平行。3）水平裂縫：水平裂縫的走向大致在一個(gè)水平面內(nèi)。4）龜紋裂縫：龜紋裂縫的走向雜亂無章。

（3）根據(jù)裂縫形成的原因不同，裂縫分為：1）沉降裂縫：主要是由不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫。2）滑坡裂縫：由滑坡引起的裂縫。3）干縮裂縫：在干燥條件下，土體水分散失，由土體收縮而產(chǎn)生的裂縫。4） 凍融裂縫：在溫度變化作用下，土體中的水反復(fù)凍、融引起土體膨脹、收縮而產(chǎn)生的裂縫。5） 振動(dòng)裂縫：由振動(dòng)而產(chǎn)生的裂縫。

實(shí)際工程中，由于各種原因，土壩產(chǎn)生裂縫是比較普遍的，土壩產(chǎn)生裂縫的原因主要是由于設(shè)計(jì)和施工時(shí)壩體、壩基的承載力不均勻，壩體材料不一致，設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量沒有達(dá)到有關(guān)要求，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。有的裂縫在表面可以看到，有的裂縫則隱藏在壩體內(nèi)部，要通過開挖或者借助有關(guān)儀器才能發(fā)現(xiàn)。裂縫寬度有大有小，寬的可達(dá)幾百毫米乃至更大；裂縫長度短的不足一米，長的達(dá)數(shù)十米，甚至更長；裂縫的深度，有的不到一米，有的深達(dá)壩基；裂縫的走向，有平行壩軸線的縱縫，有垂直壩軸線的橫縫，有與水平面大致平行的水面縫，還有傾斜的裂縫。裂縫的情況千變?nèi)f化，不同的裂縫，解決的辦法不同，下面具體討論了土壩裂縫的對(duì)策。

2.解決土壩裂縫的措施分析

在實(shí)際工程中，各種土壩裂縫的情況是不同的，但是在壩體或者壩面上往往會(huì)有所表現(xiàn)，如橫向裂縫可能會(huì)演變成壩體的滲流通道，而縱向裂縫則可能是導(dǎo)致壩體滑坡。所以在實(shí)際工程中我們必須定期或者不定期地檢查土壩的裂縫，及早發(fā)現(xiàn)土壩的存在問題。下面根據(jù)不同的裂縫提出相應(yīng)的措施。

2.1土壩橫向裂縫

橫向裂縫的走向與壩軸線方向大致垂直。裂縫的深度可能會(huì)達(dá)到幾米到十幾米，一般上寬下窄?？p口寬幾毫米到十幾厘米，偶爾也能見到更深、更寬的。裂縫兩側(cè)可能錯(cuò)開幾厘米甚至幾十厘米。當(dāng)相鄰的壩段或壩基產(chǎn)生較大的不均勻沉降時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫。

橫向裂縫上要出現(xiàn)在壩頂，但也可能出現(xiàn)有壩坡上。根據(jù)我國各類水庫大壩裂縫的調(diào)查，橫向裂縫雖然形成原因很多，但發(fā)生部位還是有一定規(guī)律的，常見部位有：

①土壩與岸坡接頭壩段及河床與臺(tái)地交接處，這些部位填土高度變?cè)状?施工時(shí)碾壓不密實(shí)而出現(xiàn)過大的沉降差；②壩基有壓縮性過大的軟土或黃上，施工時(shí)未加處理或清除，泡水濕陷或加荷下沉；③土壩與剛性建筑物接合壩段，因兩種材料沉降不同所致；④分段施工接頭處或施工導(dǎo)流合攏段，常因漏壓及搶進(jìn)度而出現(xiàn)碾壓質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求成為壩體內(nèi)的薄弱部位。

土壩的橫向裂縫具有極大的危險(xiǎn)性，因?yàn)橐坏┧畮焖簧蠞q，滲水通過裂縫，很容易將裂縫沖刷擴(kuò)大而導(dǎo)致險(xiǎn)情。因此，在土壩的安全檢查中，必須特別重視橫向裂縫的檢查。除了在壩面普遍進(jìn)行檢查外，還應(yīng)對(duì)較易出現(xiàn)橫向裂縫的部位做重點(diǎn)檢查。壩頂防浪墻或路緣石的裂縫往往能反映出壩體橫向裂縫的存在。

根據(jù)壩頂沉陷觀測(cè)資料檢查橫向裂縫，也是一個(gè)重要的方法。如果相鄰測(cè)點(diǎn)之間出現(xiàn)較大的不均勻沉陷，則該壩段很可能出現(xiàn)橫向裂縫。對(duì)于壩面鋪有保護(hù)層的土壩，必要時(shí)應(yīng)開挖與壩軸線平行的探槽，以揭露其橫向裂縫。

在壩面發(fā)現(xiàn)橫向裂縫后，如果時(shí)間允許，最好觀測(cè)一段時(shí)間，待裂縫發(fā)展趨向穩(wěn)定后再進(jìn)行處理。但在此期間，水庫必須控制運(yùn)用。對(duì)于尚未處理或雖已處理但尚未經(jīng)蓄水考驗(yàn)的土壩，在汛期除了控制運(yùn)用外，還應(yīng)該準(zhǔn)備必要的防汛搶險(xiǎn)器材，以免出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)措手不及。由于橫向裂縫的危害性很大，所以一般要求進(jìn)行開挖凹填處理。

2.2土壩縱向裂縫

縱向裂縫的走向與壩軸線方向大致平行。根據(jù)縱向裂縫產(chǎn)生的原因，可將士壩縱向裂縫細(xì)分為縱向沉降裂縫和縱向滑坡裂縫。

（1）縱向沉降裂縫

在壩面上，由壩體或壩基的不均勻沉降而產(chǎn)生的縱向沉降裂縫一般接近于直線，基本上是鉛直地向壩體內(nèi)部延伸。裂縫兩側(cè)填土的錯(cuò)距一般不大于30cm，縫深幾米到十幾米居多，也有更深的，縫寬幾毫米到十幾厘米，縫長幾米到幾百米。沉陷裂縫的寬度和鉛距的發(fā)展是逐漸減慢的。

（2）縱向清坡裂縫

縱向滑坡裂縫一般呈弧形，裂縫向壩體內(nèi)部延伸時(shí)彎向上游或下游，縫的發(fā)展過程是逐漸加快的，直至土體發(fā)生滑動(dòng)以后才逐漸變慢。縱向滑坡裂縫的寬度可達(dá)1m以上，錯(cuò)距可達(dá)幾米。當(dāng)裂縫發(fā)展到后期，可以發(fā)現(xiàn)在相應(yīng)部位的坡面或壩基上有帶狀或橢圓狀隆起的土體。這些都是區(qū)別于縱向沉降裂縫的重要標(biāo)志。

2.3土壩內(nèi)部裂縫

在土壩壩面上出現(xiàn)的裂縫，都稱為表面裂縫。此外，在土壩壩體內(nèi)部還可能出現(xiàn)內(nèi)部裂縫，有的內(nèi)部裂縫是貫通上下游的.很可能變成集中滲漏通巋，由于事先不易被人們發(fā)現(xiàn)，其危害性很大。endprint

內(nèi)部裂縫常見的部位有：①窄小墻內(nèi)部的水平裂縫、主要因壩殼頂托作用，使心墻中部高程的垂直壓力減小.同一高程處壩殼壓力增大，出現(xiàn)“拱效應(yīng)”的結(jié)果；②狹窄山谷，河床含有高壓縮土，壩基下沉?xí)r，壩體上部重量通過拱作用傳遞到兩岸，土拱下部壩體沉降大，可能使壩體受拉形成內(nèi)部裂縫或空穴；③壩體與河床上的混凝土或漿砌石體等壓縮性很小的材料相鄰處，兩者不均勻沉降造成過大拉應(yīng)變和剪應(yīng)力開裂。

2.4土壩龜紋裂縫

龜紋裂縫的走向雜亂無章，裂縫的方向沒有規(guī)律，縱橫交錯(cuò)，縫的間距相對(duì)比較均勻。這種裂縫可能出現(xiàn)在沒有鋪設(shè)保護(hù)層的壩頂和壩坡，也可能出現(xiàn)在水庫泄空而出露的上游防滲然土鋪蓋表面亡。產(chǎn)生龜紋裂縫的主要原因是土壩填土由濕變干時(shí)的體積收縮。筑壩土料黏性越大，含水量越高，出現(xiàn)龜紋裂縫的可能性越大，在壤土中，龜紋裂縫比較少見，而在砂土中就沒有這種裂縫。此外，在嚴(yán)寒地區(qū)，可以見到由于埃土受冰凍所產(chǎn)生的龜紋裂縫。

盡管龜紋裂縫是比較常見的現(xiàn)象，但是一般不會(huì)直接影響壩體安全。但是出現(xiàn)在防滲斜墻或鋪蓋上的龜紋裂縫，可能會(huì)影響壩體安全，所以在進(jìn)行安全檢查時(shí)，應(yīng)給予足夠重視。要仔細(xì)探明龜紋裂縫的寬度、深度，并及時(shí)進(jìn)行處理。對(duì)于較淺的龜紋裂縫，一般可在表面鋪一層厚約20 cm的砂性土保護(hù)層，以防止其發(fā)展；較深的龜紋裂縫、一般采用開挖回填的方法進(jìn)行處理，在處理后要隨即鋪設(shè)保護(hù)層。發(fā)生在其他部位，如壩頂或均質(zhì)壩壩面上的龜紋裂縫，可能促使沖溝、滑坡等的繼續(xù)發(fā)展，因此也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。

3.土壩裂縫的維護(hù)和檢查

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，土壩裂縫的檢查方法越來越先進(jìn)，但是通常對(duì)裂縫的檢查，先根據(jù)已有的觀測(cè)資料進(jìn)行分析，根據(jù)上面提及的裂縫常見部位，對(duì)這些部位的壩體變形（垂直和水平位移），測(cè)壓管水位，土體中應(yīng)力及孔隙水風(fēng)力變化，水流滲出后的渾濁度等進(jìn)行鑒別，只有初步確定裂縫出現(xiàn)的位置后，再用探測(cè)方法弄清裂縫確切位置、大小、走向，為確定裂縫處理方案提供依據(jù)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般情況在裂縫附近會(huì)可能出現(xiàn)下列情況：①沿壩軸線方向同一高程位置的填土高度、土質(zhì)等基本相同，而其中個(gè)別測(cè)點(diǎn)的沉降值比其他測(cè)點(diǎn)明顯減小，則該點(diǎn)可能存在內(nèi)部裂縫；②垂直壩段各排測(cè)壓管的浸潤線高度，在正常情況下，除靠岸坡的兩側(cè)略高外，其他大致相同，若其中發(fā)現(xiàn)個(gè)別壩段浸潤線明顯抬高，則測(cè)點(diǎn)附近可能出現(xiàn)橫向裂縫；③在通過壩體的滲水有明顯清渾交替出現(xiàn)的位置，可能出現(xiàn)貫穿裂縫或管涌通道；④壩面有剛性防浪墻拉裂等異?，F(xiàn)象的壩段，同時(shí)壩身有明顯塌坑處，說明該處有橫向裂縫；⑤短距離內(nèi)沉降差較大的壩段；⑥土壓力及孔隙水壓力不正常的位置。

根據(jù)這些情況，對(duì)于可能存在的裂縫部位可采用土壩隱患探測(cè)的方法，即有損探測(cè)和無損探測(cè)的方法進(jìn)行檢查，但有損探測(cè)對(duì)壩身有一定的損壞。有損探測(cè)又分為人工破損探測(cè)和同位素探測(cè)。無損探測(cè)是指電法探測(cè)。

3.1有損探測(cè)（人工破損探測(cè)）

在實(shí)際工程中，對(duì)于表面有顯著征兆的、沉降差比較大的、壩頂防浪墑被拉裂的部位，可采用探坑、探槽和探井的方法探測(cè)。探坑、探槽和探井是指人工開挖一定數(shù)量的坑、槽和井來實(shí)際描述壩內(nèi)隱患情況。該法直觀、可靠，易弄清裂縫位置、大小、走向及深度，但受到深度限制，目前國內(nèi)探坑、探槽的深度不超過l0m，探井深度可達(dá)到40m。

3.2有損探測(cè)（同位素探測(cè)）

同位素探測(cè)法是利用土壩已有的測(cè)壓管，投入放射性示蹤劑模擬天然滲透水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用核探測(cè)技術(shù)觀測(cè)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和蹤跡。通過現(xiàn)場實(shí)際觀測(cè)可以取得滲透水流的流速、流向和途徑。在給定水力坡降和有效孔隙率時(shí)，可以計(jì)算相應(yīng)的滲透水流速度和滲透系數(shù)。在給定的滲透層寬度和厚度的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算滲流量。同位素探測(cè)法也稱放射性示蹤法，包括多孔示蹤法、單孔示蹤法、單孔稀釋法和單孔定向法等。

3.3無損探測(cè)（電法探測(cè)）

這種是一種無損傷探測(cè)的方法，在土壩表面布設(shè)電極，通過電測(cè)儀器觀測(cè)人工或天然電場的強(qiáng)度，分析這些電場的特點(diǎn)和變化規(guī)律，以達(dá)到探測(cè)工程隱患的目的。由于電法探測(cè)對(duì)壩體沒有損傷，故目前采用的比較多。

實(shí)際工程中土壩壩體是具有一定幾何形狀的人工堆積體，在同一壩段里，壩體橫斷面尺寸沿大壩縱向方向通常是一致的，筑壩材料也相對(duì)均勻。因此，壩體幾何形狀對(duì)人工電場影響在各個(gè)壩段基本相同，一旦有隱患存在，必然會(huì)破壞壩體的整體性和均勻性，引起人工電場的異常變化和隱患測(cè)點(diǎn)與其他測(cè)點(diǎn)視電阻率的差異，這就是電法探測(cè)土壩隱患的機(jī)理。

通常，這種方法主要適用于土壩裂縫、集中滲流、管涌通道、基礎(chǔ)漏水、繞壩滲流、接觸滲流、軟土夾層及白蟻洞穴等隱患探測(cè)，它比傳統(tǒng)的人工破壞探測(cè)速度快，費(fèi)用低，目前已廣泛運(yùn)用。電法探測(cè)的方法較多，有自然電場法、直流電阻率法、直流激發(fā)極法和甚低頻電磁法。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，土壩裂縫的檢查與探測(cè)方法越來越先進(jìn)，上述裂縫檢測(cè)方法總體較直觀、清楚，有些檢測(cè)方法只能大概確定裂縫位置，具體采用什么方法進(jìn)行檢測(cè)，要結(jié)合工程的實(shí)際情況和裂縫的具體情況及所采用的檢測(cè)設(shè)備情況決定。

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