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(wú)論在經(jīng)濟(jì)上，還是在施工方面都有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，土石壩的取材方便，施工價(jià)格低廉，方式靈活，施工操作手段便捷，對(duì)地形以及地質(zhì)條件要求不高，因此在施工過(guò)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(diǎn)：土石壩容易產(chǎn)生沉降裂縫，是施工過(guò)程中存在的嚴(yán)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(kāi)裂現(xiàn)象，這在土石壩施工過(guò)程中十分常見(jiàn)。正是由于出現(xiàn)沉降裂縫，使水庫(kù)沒(méi)有辦法發(fā)揮自身所具有的效益，甚至?xí)斐烧麄€(gè)壩體的潰決，引起災(zāi)害的發(fā)生。本文主要對(duì)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(guò)程中：①地基原始強(qiáng)度不均勻，后期施工時(shí)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(diǎn)不同;③局部塌陷，加外部荷載造成，長(zhǎng)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(guò)程中局部壓實(shí)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(guò)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(guò)渡段，一般過(guò)渡段處理措施不當(dāng)，或者未達(dá)到處理要求，易出現(xiàn)不均勻沉降;②臨時(shí)分塊分縫的搭接處，沒(méi)有按照設(shè)計(jì)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(wèn)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(jiàn)的形成原因就是因?yàn)榇髩蔚膲紊砗蛪位胁痪鶆蚋淖冃螤畹默F(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(méi)有變化，從而導(dǎo)致內(nèi)外受到的應(yīng)力不同，這時(shí)候便會(huì)出現(xiàn)裂縫。而凍融裂縫是因?yàn)橥潦瘔卧咎幱诘蜏乩鋬鰻顟B(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(lái)的凍裂狀態(tài)過(guò)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(guò)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(huì)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(dá)到一米。裂縫的表現(xiàn)形態(tài)是標(biāo)準(zhǔn)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(xì)軟，而且植被覆蓋率相對(duì)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(guò)的地面、沙灘等地方，因此，在修建土石壩進(jìn)行選址的時(shí)候要注意規(guī)避，同時(shí)在修建過(guò)程中，也要加強(qiáng)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(huì)在壩體內(nèi)部分布，對(duì)于大壩正常安全的使用造成嚴(yán)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(duì)于大壩頂端的位置來(lái)說(shuō)，相比于其他位置會(huì)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(shì)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(qiáng)壓狀態(tài)下時(shí)，大壩會(huì)沿著軸線方向移動(dòng)，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(duì)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(jiàn)于土石壩構(gòu)造中，對(duì)土石壩功效的正常發(fā)揮造成嚴(yán)重威脅。水平裂縫在特殊的土壩結(jié)構(gòu)中也很常見(jiàn)。例如，在壩體內(nèi)部和進(jìn)水口的底部，會(huì)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(guò)程中，土堤要承受一定的壓力，一旦大壩建成，就可以通過(guò)施工手動(dòng)來(lái)拆除土堤，但土堤如果移位過(guò)大，則很容易發(fā)生滑坡積水?；驴p通常會(huì)在大壩的滑坡上部，它的開(kāi)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(yán)重的后果。

2.4水力劈裂縫

大壩用于蓄水以補(bǔ)償河水流量的變化，因此當(dāng)水體流動(dòng)的時(shí)候會(huì)對(duì)大壩的壩體造成一定的沖擊，當(dāng)水體的沖擊力度過(guò)大時(shí)便會(huì)在壩體形成水力劈裂縫。如果不及時(shí)采取足夠的保護(hù)措施，裂縫最終會(huì)進(jìn)一步滲入水體，并使裂縫逐漸擴(kuò)大，造成漏水，帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。拱橋是水工建筑中最常見(jiàn)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(jiàn)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(huì)使水庫(kù)發(fā)生癱瘓，對(duì)水庫(kù)的安全性帶來(lái)嚴(yán)重威脅，與此同時(shí)，它還會(huì)危及相關(guān)人員生命安全。因此，對(duì)土石壩建設(shè)進(jìn)行科學(xué)、有效的防滲流、防泄漏控制工作，是一個(gè)具有重大意義的活動(dòng)。

由于壩體施工質(zhì)量問(wèn)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(jiàn)的是：大壩建設(shè)過(guò)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(qiáng);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(guò)渡層沒(méi)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(jìn)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(méi)有在大壩上安裝攔截環(huán)，也會(huì)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(shí)，接縫處理不得當(dāng)，就會(huì)順著構(gòu)筑物表面出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象;壩體在施工過(guò)程中，設(shè)置的施工縫，在處理時(shí)沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的要求，就會(huì)導(dǎo)致縫隙滲漏。

3.2漏水

壩體內(nèi)部出現(xiàn)滲水且時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也未得到及時(shí)有效的處理，便會(huì)形成滲水通道，時(shí)間越長(zhǎng)流量越大，會(huì)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(huì)有屬于壩體自身的整體防滲系統(tǒng)，但在建設(shè)過(guò)程中，由于壩體整體的防滲系統(tǒng)達(dá)不到防滲需求時(shí)，便會(huì)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(wèn)題的分析，在對(duì)大壩進(jìn)行施工建設(shè)和使用的時(shí)候，難免會(huì)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(yán)重威脅。為避免這些危害的存在，就需要對(duì)大壩的壩基和壩體進(jìn)行定期的檢查?，F(xiàn)階段常用的檢查方式為井探、槽探、坑探等。在對(duì)大壩進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，要注意具體問(wèn)題具體分析，因地制宜的選擇最合適的監(jiān)測(cè)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(shí)候，可以采用對(duì)壩體進(jìn)行回填與灌漿的方式來(lái)彌補(bǔ)。但是，壩體裂縫過(guò)于嚴(yán)重的情況下，并不適用回填的方式，這就需要監(jiān)測(cè)人員采取其他方式進(jìn)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(xì)砂土填充于壩體裂縫中，然后將砂土夯實(shí)。第二，將水加入夯實(shí)的砂土中，并壓實(shí)。如果壩體的裂縫過(guò)小則需要先將裂縫擴(kuò)大再處理，或者確定裂縫不會(huì)對(duì)壩體產(chǎn)生危害的前提下，可以不去處理裂縫。

4.2開(kāi)挖回填法

開(kāi)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(guò)程中，有必要確定是否可以使用新舊土壤，并在回填前對(duì)基坑周圍進(jìn)行濕潤(rùn)，回填時(shí)候用的土也必須有一定的濕潤(rùn)程度，在回填的時(shí)候每隔0.2米就夯實(shí)一次，直到土壤比原來(lái)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(shí)要挖流水道，然后在回填的時(shí)候一起施工，進(jìn)行夯實(shí)。

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(huì)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(huì)將裂縫進(jìn)行分析來(lái)劃分合適的縫口，然后在各個(gè)縫口中灌漿，如果是比較小的裂縫便直接進(jìn)行灌漿于整個(gè)裂縫的工程。為使灌漿的效果最好，要在灌漿開(kāi)始之前，進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，以選擇最佳的壓力值。無(wú)論選用何種方式進(jìn)行灌漿都要選用標(biāo)準(zhǔn)的灌漿液，并確保施工過(guò)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(yǔ)：

土石壩工程建設(shè)，在我國(guó)有著悠久的歷史，施工經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(yùn)行的根本。無(wú)論是在大壩項(xiàng)目的決策、建設(shè)、運(yùn)行等哪個(gè)方面進(jìn)行研討時(shí)，都應(yīng)圍繞土石壩的質(zhì)量保證體系進(jìn)行。歸根結(jié)底就是要保證土石壩在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，壩體不出現(xiàn)沉降及裂縫等不良問(wèn)題，保證土石壩正常運(yùn)行的基本要求。

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