淺談關(guān)于土石壩沉降裂縫的原因及防治措施

龐保平 曹軍

【摘要】土石壩是現(xiàn)代建設(shè)工程中應(yīng)用較為廣泛的一種壩型，無論在經(jīng)濟上，還是在施工方面都有著絕對的優(yōu)勢，土石壩的取材方便，施工價格低廉，方式靈活，施工操作手段便捷，對地形以及地質(zhì)條件要求不高，因此在施工過程中很受歡迎，被人們廣泛應(yīng)用。但即便如此它也存在著一些缺點：土石壩容易產(chǎn)生沉降裂縫，是施工過程中存在的嚴重障礙。土石壩沉降裂縫一般是指土石壩的防滲體內(nèi)出現(xiàn)不均勻的沉降或者是開裂現(xiàn)象，這在土石壩施工過程中十分常見。正是由于出現(xiàn)沉降裂縫，使水庫沒有辦法發(fā)揮自身所具有的效益，甚至?xí)斐烧麄€壩體的潰決，引起災(zāi)害的發(fā)生。本文主要對土石壩沉降裂縫的原因及防治措施做了分析。

【關(guān)鍵詞】土石壩;沉降裂縫;原因;防治;措施 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.35.047

1、土石壩沉降的原因

1.1不均勻沉降

發(fā)生不均勻沉降的原因主要是由于在建設(shè)過程中：①地基原始強度不均勻，后期施工時基礎(chǔ)處理不當(dāng)，以及處理深度不夠;②壩體的上部荷載受壓不均勻，受力點不同;③局部塌陷，加外部荷載造成，長期受積水、滲水浸泡等原因;④在均質(zhì)中除有結(jié)構(gòu)物，容易沉降，由于本身結(jié)構(gòu)不同，重量不同，所受到的荷載不同;⑤施工過程中局部壓實度不夠等因素，造成壩體結(jié)構(gòu)的不良影響。

1.2容易出現(xiàn)沉降的部位

壩體容易出現(xiàn)不均勻沉降的構(gòu)筑物一般有：土石壩中的廊道、交通洞、泄水建筑物、引水建筑物等多種混凝土體構(gòu)筑物或漿砌石構(gòu)筑物。

在壩體填筑施工過程中，容易出現(xiàn)沉降的施工部位有：①使用不同材料，特別是過渡段，一般過渡段處理措施不當(dāng)，或者未達到處理要求，易出現(xiàn)不均勻沉降;②臨時分塊分縫的搭接處，沒有按照設(shè)計要求施工，造成不均勻沉降;③壩體變坡處，由于施工措施處理不當(dāng)，易出現(xiàn)不均勻沉降;④一般土石壩中的混凝土材料構(gòu)筑物，漿砌石構(gòu)筑物容易沉降，由于材質(zhì)不同，受力不均勻，沉降變形量亦不同，此類問題較可以做到提前預(yù)防。

2、壩體裂縫現(xiàn)象

土石壩裂縫的成因有很多，但其中最常見的形成原因就是因為大壩的壩身和壩基有不均勻改變形狀的現(xiàn)象導(dǎo)致的，土石壩裂縫可分為干縮和凍融裂縫、變形裂縫、滑坡縫、水力劈裂裂縫等等，變形裂縫根據(jù)其走向可分為縱向裂縫、橫向裂縫、水平裂縫，土石壩裂縫所呈現(xiàn)的樣式有許多，成因多種多樣。

2.1干縮、凍融裂縫

土石壩干縮裂縫的成因大多都是由于土石壩表面水分蒸發(fā)出現(xiàn)收縮，但內(nèi)部沒有變化，從而導(dǎo)致內(nèi)外受到的應(yīng)力不同，這時候便會出現(xiàn)裂縫。而凍融裂縫是因為土石壩原本處于低溫冷凍狀態(tài)但是出現(xiàn)溫度的急劇變化現(xiàn)象，導(dǎo)致土石壩從原來的凍裂狀態(tài)過渡到解凍狀態(tài)而出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，造成表面疏松。土石壩施工過程中不難發(fā)現(xiàn)，干縮裂縫與凍融裂縫大多具有不規(guī)則的形狀，而且裂縫會出現(xiàn)條紋量很多的現(xiàn)象，深度也大不相同，最深的可以達到一米。裂縫的表現(xiàn)形態(tài)是標準的漏洞樣式，上邊比較寬，而且越往深的地方，寬度也在降低。在土壤品質(zhì)內(nèi)部含水量大，沙粒較為細軟，而且植被覆蓋率相對較低的地方，是最易出現(xiàn)這種狀態(tài)的。另外，干縮裂縫和凍融裂縫也常出現(xiàn)在被流水沖擊過的地面、沙灘等地方，因此，在修建土石壩進行選址的時候要注意規(guī)避，同時在修建過程中，也要加強防范，從而保證工程質(zhì)量。

2.2變形裂縫

變形裂縫即裂縫呈現(xiàn)出不規(guī)則的表現(xiàn)形式，這種裂縫的產(chǎn)生大多是由于壩體沉降的不均勻?qū)е碌模冃瘟芽p通常會在壩體內(nèi)部分布，對于大壩正常安全的使用造成嚴重威脅。根據(jù)變形裂縫的不同走向，可將其分為以下幾類：

2.2.1縱向裂縫

縱向裂縫通常在大壩頂部和斜坡上被發(fā)現(xiàn)，其大致方向與大壩軸線相同。由于大壩中的受力分布不均，不同分支的力量分布也不盡相同，因此變形程度也都不同，尤其對于大壩頂端的位置來說，相比于其他位置會產(chǎn)生最大程度的位移，從而導(dǎo)致壩頂?shù)牧芽p寬度最大。

2.2.2橫向裂縫

橫向裂縫的方向通常與大壩的軸線呈90°夾角，但與上述的縱向裂縫方向有所不同。另外，橫向裂縫的位置通常出現(xiàn)于地勢較低的大壩與平地接合處。大壩的高度隨大壩與地面相接的部分而變化，所以大壩基礎(chǔ)的建造方式也隨之相應(yīng)改變。當(dāng)大壩的地基處于強壓狀態(tài)下時，大壩會沿著軸線方向移動，從而發(fā)生橫向裂縫。橫向裂縫的范圍以及深度通常很大，是對大壩的質(zhì)量與安全造成影響的關(guān)鍵因素。

2.2.3水平裂縫

壩體的內(nèi)側(cè)是水平裂縫的多發(fā)區(qū)域，并且常見于土石壩構(gòu)造中，對土石壩功效的正常發(fā)揮造成嚴重威脅。水平裂縫在特殊的土壩結(jié)構(gòu)中也很常見。例如，在壩體內(nèi)部和進水口的底部，會出現(xiàn)由于塑性應(yīng)力造成的裂縫。

2.3滑坡縫

在大壩建設(shè)過程中，土堤要承受一定的壓力，一旦大壩建成，就可以通過施工手動來拆除土堤，但土堤如果移位過大，則很容易發(fā)生滑坡積水。滑坡縫通常會在大壩的滑坡上部，它的開裂形狀為弧形。所以如果滑坡頂部有小裂縫出現(xiàn)，施工人員應(yīng)該提起重視并解決，不然將可能產(chǎn)生更加嚴重的后果。

2.4水力劈裂縫

大壩用于蓄水以補償河水流量的變化，因此當(dāng)水體流動的時候會對大壩的壩體造成一定的沖擊，當(dāng)水體的沖擊力度過大時便會在壩體形成水力劈裂縫。如果不及時采取足夠的保護措施，裂縫最終會進一步滲入水體，并使裂縫逐漸擴大，造成漏水，帶來安全風(fēng)險。拱橋是水工建筑中最常見的，但它們也是最容易出現(xiàn)水力裂縫的橋梁之一。此外，大壩的灌漿和斜墻的建設(shè)也非常容易受到水力壓裂的影響。

3、壩體滲漏

滲漏現(xiàn)象是在土石壩施工工程中十分常見的一種危害安全隱患的形式之一，土石壩一旦出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，便會使水庫發(fā)生癱瘓，對水庫的安全性帶來嚴重威脅，與此同時，它還會危及相關(guān)人員生命安全。因此，對土石壩建設(shè)進行科學(xué)、有效的防滲流、防泄漏控制工作，是一個具有重大意義的活動。

由于壩體施工質(zhì)量問題或者大壩的防滲體有裂縫等原因造成大壩出現(xiàn)集中滲漏，從而形成管涌、大面積滲水的現(xiàn)象，而出現(xiàn)這種情況的位置大多是下游的壩坡和壩腳的位置。導(dǎo)致大壩滲漏的原因有很多，其中最常見的是：大壩建設(shè)過程中的施工質(zhì)量差，包括壓力滲漏的影響和由于土層太厚導(dǎo)致的坡壁連接不佳;壩體太薄或所選土壤透水性太強;回填土的高度不足以容納背濾排水體;背濾單元的質(zhì)量不佳;背濾層安裝不當(dāng);過渡層沒有安裝在回填土中;回填土的位置不均勻?qū)е滤交驒M向裂縫，造成大量水進入回填土。此外，埋在大壩下的涵洞和管道外壁的回填以及施工土的粘合部分質(zhì)量欠佳，沒有在大壩上安裝攔截環(huán)，也會造成壩體的滲漏。

3.1容易出現(xiàn)滲漏的部位

土石壩滲漏一般容易發(fā)生的位置在壩體上下游坡面搭接的部位，由于搭接不當(dāng)，原有地質(zhì)不良等因素，致使繞滲;壩體中存在上下游貫穿的砼體構(gòu)筑物時，接縫處理不得當(dāng)，就會順著構(gòu)筑物表面出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象;壩體在施工過程中，設(shè)置的施工縫，在處理時沒有達到規(guī)定的要求，就會導(dǎo)致縫隙滲漏。

3.2漏水

壩體內(nèi)部出現(xiàn)滲水且時間過長，也未得到及時有效的處理，便會形成滲水通道，時間越長流量越大，會惡化成漏水，最終形成管涌。

3.3整體防滲

土石壩工程的建設(shè)，都會有屬于壩體自身的整體防滲系統(tǒng)，但在建設(shè)過程中，由于壩體整體的防滲系統(tǒng)達不到防滲需求時，便會在蓄水后壩體出現(xiàn)較大的滲漏。

4、土石壩沉降與裂縫的處理措施

依據(jù)上述問題的分析，在對大壩進行施工建設(shè)和使用的時候，難免會出現(xiàn)多種類型的沉降、裂縫，各種現(xiàn)象的出現(xiàn)使大壩的質(zhì)量和安全性受到嚴重威脅。為避免這些危害的存在，就需要對大壩的壩基和壩體進行定期的檢查。現(xiàn)階段常用的檢查方式為井探、槽探、坑探等。在對大壩進行監(jiān)測的時候，要注意具體問題具體分析，因地制宜的選擇最合適的監(jiān)測方法。當(dāng)壩體出現(xiàn)非滑坡縫以外的其他裂縫以及沉降現(xiàn)象的時候，可以采用對壩體進行回填與灌漿的方式來彌補。但是，壩體裂縫過于嚴重的情況下，并不適用回填的方式，這就需要監(jiān)測人員采取其他方式進行解決。

4.1縫口封堵法

縫口封堵技術(shù)多用于處理壩體裂縫不深且裂紋不均勻的情況。一般操作流程為：第一，選用偏干一些的細砂土填充于壩體裂縫中，然后將砂土夯實。第二，將水加入夯實的砂土中，并壓實。如果壩體的裂縫過小則需要先將裂縫擴大再處理，或者確定裂縫不會對壩體產(chǎn)生危害的前提下，可以不去處理裂縫。

4.2開挖回填法

開挖回填法大多用于具備一定寬度但是并不深的裂縫中，往往可以取得較好的處理結(jié)果。其操作流程一般是：首先在裂縫的位置挖出梯形的洞口，基坑的深度大約比裂縫的深度深0.7米，在施工過程中，有必要確定是否可以使用新舊土壤，并在回填前對基坑周圍進行濕潤，回填時候用的土也必須有一定的濕潤程度，在回填的時候每隔0.2米就夯實一次，直到土壤比原來的裂縫高為止。這可以避免陰雨天侵蝕回填的土壤。并且挖洞口的同時要挖流水道，然后在回填的時候一起施工，進行夯實。

4.3封堵灌漿法

灌漿法有分自流灌漿法和壓力灌漿法。分自流灌漿法用在狹窄裂縫和淺裂縫中，一般會在裂縫位置挖高和寬都是20厘米的溝槽，往溝槽中灌水并埋土，按照適當(dāng)?shù)谋壤龑⑵涔酀M。壓力灌漿法用在不容易挖溝槽而且深度大的裂縫中。通常情況下會將裂縫進行分析來劃分合適的縫口，然后在各個縫口中灌漿，如果是比較小的裂縫便直接進行灌漿于整個裂縫的工程。為使灌漿的效果最好，要在灌漿開始之前，進行反復(fù)的實驗，以選擇最佳的壓力值。無論選用何種方式進行灌漿都要選用標準的灌漿液，并確保施工過程合理合法，然后在灌漿結(jié)束后涂抹防水材料，以保證施工效果。

結(jié)束語：

土石壩工程建設(shè)，在我國有著悠久的歷史，施工經(jīng)驗也比較成熟。它在新能源，工、農(nóng)業(yè)以及人們的日常生活等多個鄰域起到了非常重要的作用，所以土石壩的安全性、適用性和耐久性是保證其正常運行的根本。無論是在大壩項目的決策、建設(shè)、運行等哪個方面進行研討時，都應(yīng)圍繞土石壩的質(zhì)量保證體系進行。歸根結(jié)底就是要保證土石壩在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，壩體不出現(xiàn)沉降及裂縫等不良問題，保證土石壩正常運行的基本要求。

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