佛寺水庫(kù)壩頂路面裂縫調(diào)查及分析

陶衛(wèi)華+王彥軍+胡光炎+張凱

摘要：在對(duì)佛寺水庫(kù)壩頂裂縫情況詳細(xì)普查的基礎(chǔ)上，通過(guò)挖探坑和灌漿方法，對(duì)裂縫進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)查分析。結(jié)合普查與調(diào)查分析成果，對(duì)佛寺水庫(kù)壩頂裂縫進(jìn)行了成因分析。得出如下結(jié)論：（1）壩頂裂縫并未延伸至原砂石路下墊層，亦即未影響到心墻部位，表明壩頂混凝土路面裂縫不是心墻與壩殼料沉降不均勻造成的。（2）壩頂混凝土路面砂礫石層在順河向分布厚度不均，是造成壩頂混凝土路面裂縫的內(nèi)因。車輛超過(guò)壩頂混凝土路面設(shè)計(jì)荷載是造成其裂縫的外因。同時(shí)由于壩頂在上游側(cè)設(shè)置有防浪墻，車輛通過(guò)壩頂過(guò)程中本能地偏向下游側(cè)行駛，這也是造成壩頂混凝土路面不均勻裂縫的外因。（3）建議對(duì)壩頂裂縫進(jìn)行處理，限制壩頂路面通過(guò)社會(huì)車輛，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與巡視檢查，防止壩頂裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：佛寺水庫(kù)；混凝土路面；裂縫；成因分析

中圖分類號(hào)：TV314 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-1683（2015）06-1229-04

Abstract：On the basis of general survey on the cracking situation at the crest of the Fosi Reservoir dam，a specific study on the cracks was conducted using the test boring and grouting methods.The cause of cracks on the dam crest of the Fosi Reservoir was analyzed.The results suggested that （1） the cracks at the crest do not extend to the underlayer of the original gravel road，i.e.，no influence on the core wall，which indicates that the cracks on the concrete pavement are not caused by the non-uniform settlement between the core wall and dam shell；（2） The non-uniform distribution of the gravel layer material of the concrete road is the primary cause of the cracks，and the higher loading from the vehicles than the design loading of the road is the secondary cause.Meanwhile，due to the existence of wave walls in the upstream of the crest，vehicles tend to move towards the downstream side，leading to the non-uniform cracks on the dam crest；and （3） the cracks at the dam crest need to be fixed，the number of public vehicles needs to be limited，and more monitoring and perambulatory inspection are proposed to prevent the crack propagation.

Key words：Fosi Reservoir；concrete road；crack；cause analysis

裂縫是水工建筑物中普遍存在的問(wèn)題，而隨著高土石壩的大量興建，土石壩施工運(yùn)行中的壩頂裂縫成為了近年來(lái)的一個(gè)重要研究課題。例如，江西省安福縣社上水庫(kù)一號(hào)壩[1]為斜心墻土壩。2001年10月17日，一號(hào)壩壩頂出現(xiàn)了一條與壩軸大致平行縱向裂縫，裂縫長(zhǎng)106.15 m，呈張開(kāi)狀，最大縫寬約30 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)[2-4]，結(jié)合裂縫追蹤開(kāi)挖結(jié)果等因素綜合判斷，一號(hào)壩壩頂出現(xiàn)裂縫的原因主要是庫(kù)水位的快速下降，使上游壩坡處于抗滑失穩(wěn)的臨界狀態(tài)，并因此產(chǎn)生了過(guò)大的變形。小浪底水庫(kù)大壩[5]為斜心墻壩，壩頂高程281.00 m，設(shè)計(jì)壩高154 m，壩頂長(zhǎng)1 667 m，壩頂寬15 m。2001年巡視檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)壩頂存在一條長(zhǎng)約100 m、最大寬度約10 mm的非連續(xù)縱向裂縫；2003年發(fā)現(xiàn)壩頂存在一條長(zhǎng)160 m、最大寬度約4 mm的連續(xù)裂縫。為了分析裂縫產(chǎn)生的原因，在裂縫最大部位范圍橫跨裂縫開(kāi)挖探坑，探坑裂縫沿壩軸線方向平直無(wú)弧形，縫面基本豎向，裂縫兩側(cè)無(wú)錯(cuò)臺(tái)。裂縫特征和研究結(jié)果表明壩頂部位的不均勻變形是壩頂下游側(cè)產(chǎn)生縱向裂縫的直接原因。埃爾因菲尼羅壩[5]位于墨西哥西南巴爾薩斯河，壩高約148 m，壩頂長(zhǎng)344 m。水庫(kù)蓄水后左岸壩肩出現(xiàn)一條橫向裂縫，寬約1 cm，右岸壩肩出現(xiàn)一系列的橫向細(xì)紋裂縫，寬約1 mm，開(kāi)裂部位存在于心墻上游保護(hù)層的粗粒料內(nèi)。由實(shí)測(cè)資料分析得出結(jié)論，蓄水過(guò)程和高水位對(duì)壩頂沉降與順河向的水平變位有著直接的影響，是導(dǎo)致該壩壩頂產(chǎn)生橫向裂縫的主要原因。裂縫的存在會(huì)導(dǎo)致大壩長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，影響水庫(kù)效益的發(fā)揮，繼續(xù)發(fā)展還將可能導(dǎo)致潰壩等嚴(yán)重后果。因此，當(dāng)土石壩壩頂出現(xiàn)裂縫時(shí)，需對(duì)裂縫的形態(tài)進(jìn)行調(diào)查檢測(cè)，分析其成因，制定和采取合適的措施防止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展[6]。本文針對(duì)佛寺水庫(kù)壩頂混凝土路面裂縫[7]進(jìn)行了調(diào)查，分析了成因，提出了處理建議。

1 工程概況

佛寺水庫(kù)位于遼寧省阜新蒙古族自治縣佛寺鄉(xiāng)境內(nèi)細(xì)河支流伊馬圖河中下游，屬大凌河流域，距阜新市約20 km，是一座具有防洪、供水、灌溉、養(yǎng)魚(yú)等綜合效益的大（二）型水庫(kù)。最大庫(kù)容1.47 億m3，水庫(kù)控制流域面積600 km2。endprint

佛寺水庫(kù)樞紐工程主要由主壩、溢洪道、輸水洞、副壩組成。主壩為黏土心墻砂礫石壩，最大壩高23.05 m，壩頂為混凝土路面，長(zhǎng)720.0 m，寬6.0 m，頂高程為148.05 m。防浪墻頂高程為149.25 m。黏土心墻頂高程為146.00 m，頂寬4.0 m，底寬11.0 m。上游壩坡坡比自下而上分別為1∶3.0、1∶2.75、1∶2.5，在130.00 m、137.00 m高程上各設(shè)置寬2.0 m的馬道，坡面采用大塊石護(hù)坡，厚度約為0.85 m；下游壩坡坡比自下而上為1∶2.75、1∶2.5，在137.00 m高程上設(shè)置寬1.5 m的馬道，采用碎石護(hù)坡，厚度約為0.35 m，下游壩坡每隔150 m設(shè)一道階梯道與縱橫排水相配合。黏土心墻兩側(cè)壩殼為壤土，壤土兩側(cè)壩殼料為砂礫石，主壩典型斷面結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

2 壩頂路面裂縫現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 裂縫現(xiàn)狀

佛寺水庫(kù)2001年對(duì)原有路面加高25 cm砂礫石墊層，并在其上部澆筑10 cm厚混凝土，形成6.0 m寬壩頂路面。經(jīng)調(diào)查，壩頂公路沿壩軸線方向90%已出現(xiàn)裂縫，統(tǒng)計(jì)共有裂縫167條，裂縫寬度5～30 mm，局部可達(dá)到40 mm。壩體中部個(gè)別段裂縫兩側(cè)路面可見(jiàn)1～5 mm高差。防浪墻墻面抹灰出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。下游路肩為混凝土連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，與路面之間大部分裂開(kāi)，其裂縫寬度一般在40 mm左右，最大為60 mm。壩頂裂縫特征見(jiàn)圖2-圖5，主要裂縫情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

2.2 裂縫現(xiàn)場(chǎng)檢查

為了調(diào)查壩頂路面裂縫天然狀態(tài)及向下延伸情況，在壩頂路面選擇裂縫較大處先后挖探坑3個(gè)（樁號(hào)分別為0+338、0+348、0+350），探坑位置見(jiàn)圖6。其中，TK5為直接開(kāi)挖；BTK1、BTK2先沿裂縫灌注白灰漿液，待白灰漿液滲透12～14 h后進(jìn)行開(kāi)挖，在探坑斷面處，觀測(cè)白灰漿液滲透路徑及滲透范圍[8]。

如圖7所示，壩頂路面至黏土心墻頂面約70 cm，根據(jù)揭露土層狀況，從上至下可分為5個(gè)主要人工填筑層，即混凝土路面、路面下10 cm厚砂礫石墊層、原砂礫石路上墊層、原砂礫石路下墊層、黏土心墻。其中原砂礫石路面上層顆粒較細(xì)，粒徑多為2～5 mm；下層較粗，多為大于2 cm的碎石，并且含有粒徑為5～10 cm的較大塊石。

裂縫貫通混凝土路面，混凝土路面下探坑側(cè)壁未發(fā)現(xiàn)貫通裂縫，白灰漿液沿混凝土路面裂縫滲入下部墊層，沿下部墊層向兩側(cè)有扇形滲入現(xiàn)象。BTK1探坑在原砂石路上、下墊層中未見(jiàn)明顯滲入現(xiàn)象，見(jiàn)圖8；BTK2探坑在原砂石路面不均勻處，白灰漿液沿原砂石路上墊層碎石邊緣也有部分滲入現(xiàn)象，原砂石路下墊層及其下部未見(jiàn)滲入，見(jiàn)圖9。

3 壩頂路面裂縫成因分析

布置鉆孔ZK4-1，與ZK4連線垂直壩軸線，距離ZK4鉆孔1.5 m，距離防浪墻0.5 m，ZK4-1鉆孔原砂礫石路墊層厚2.6 m，ZK4鉆孔原砂礫石路墊層厚2.1 m?？梢?jiàn)，原砂礫石路厚度在垂直壩軸線方向上并不均勻。示意剖面見(jiàn)圖10。在沿壩軸線方向上，原砂礫石路厚度也不均勻，左壩段厚度為1.5～2.3 m，右壩段厚度為0.7 m。

從挖坑灌注石灰漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果[9-11]看，壩頂裂縫并未延伸至原砂石路下墊層，亦即未影響到心墻部位，可見(jiàn)壩頂混凝土路面裂縫不是心墻與壩殼料[12-14]沉降不均勻造成的。

通過(guò)鉆孔ZK4-1和ZK4揭示的混凝土路面以下砂礫石層分布情況看，壩頂混凝土路面砂礫石層在順河向分布厚度不均，這是造成壩頂混凝土路面裂縫的內(nèi)因。

從佛寺水庫(kù)多年運(yùn)行情況看，壩頂路面未設(shè)置任何路障，經(jīng)常通過(guò)各類車輛，其中不乏運(yùn)輸煤炭的重型貨車。車輛超過(guò)壩頂混凝土路面設(shè)計(jì)荷載是造成其裂縫的外因[15]。同時(shí)由于壩頂在上游側(cè)設(shè)置有防浪墻，車輛通過(guò)壩頂過(guò)程中本能地偏向下游側(cè)行駛，這也是造成壩頂混凝土路面不均勻裂縫的外因。

4 結(jié)論

（1）壩頂裂縫并未延伸至原砂石路下墊層，即未影響到心墻部位，表明壩頂混凝土路面裂縫不是心墻與壩殼料沉降不均勻造成的。

（2）壩頂混凝土路面砂礫石層在順河向分布厚度不均，是造成壩頂混凝土路面裂縫的內(nèi)因。壩頂路面未設(shè)置任何路障，經(jīng)常通過(guò)各類車輛，其中不乏運(yùn)輸煤炭的重型貨車。車輛超過(guò)壩頂混凝土路面設(shè)計(jì)荷載是造成其裂縫的外因。同時(shí)由于壩頂在上游側(cè)設(shè)置有防浪墻，車輛通過(guò)壩頂過(guò)程中本能的偏向下游側(cè)行駛，這也是造成壩頂混凝土路面不均勻裂縫的外因。

（3）建議對(duì)壩頂裂縫進(jìn)行處理，限制壩頂路面通過(guò)社會(huì)車輛，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與巡視檢查，防止壩頂裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

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