土石坝裂缝原因分析以及防治处理措施综述 张敏

1、土石坝裂缝原因分析以及防治处理措施综述张敏摘要：土石坝是水库枢纽建筑物工程中应用较为广泛的一种坝型。与其他坝型 相比较，从经济和施工工艺方面，土石坝具有较大的优势，据不完全统计，中国 土石坝数量占到大坝总数的93%。土石坝常见的病害有裂缝、渗漏、滑坡等，如 何预防裂缝的产生和对裂缝的处理是土石坝工程建设和运行管理中非常重要的工 作。关键词：土石坝；裂缝；防治处理1.土石坝设计的技术要求1.1 .不允许水流漫顶，对洪水总量估计偏低、坝顶高程不足、溢洪道设计过流 量偏小、水库调度运用不当等都可能导致土石坝漫顶事故。统计资料表明在土石 坝的事故中由于水流漫顶而失事的约占1/3，所以须要设计泄洪能力足

2、够大的泄 水建筑物。要考虑坝体沉降预留超高，防止水库近坝区的滑坡、涌浪，运行时要 加强管理优化调度水库。满足渗流控制要求土石坝易存在坝体渗流和绕坝渗流等问题。若渗流量太大，会影响水库效益， 因此在避免坝体和坝基渗透变形发生的同时，还需设计合理的防渗体并确保施工 质量。坝体、坝基稳定可靠在土石坝的事故中，由于坝体滑坡导致的险情约占1/4,所以需设计合适的 坝坡坡比以保证大坝安全运行；另需考虑土石坝抗震设计烈度，确保地震发生时， 坝体仍能稳定运行。1.4 .抵抗其他自然界的破坏作用土石坝还要抵抗其他自然力的破坏作用，如风浪淘刷坝坡、雨水冲刷坝体、 冬季冰冻裂缝、夏季日晒龟裂、白蚁蛀空坝体等。2坝体

3、裂缝原因分析2.1纵向裂缝（1）纵向沉陷裂缝常成直线，且多垂直向下延伸。滑坡裂缝应为弧形，位于 上游坝坡的滑坡裂缝，其两端将弯向上游；下游坝坡的滑坡裂缝，其两端弯向下 游。（2）纵向沉陷裂缝宽度较窄，一般仅几毫米到几十厘米，缝表面两侧错距较 小。滑坡裂缝宽度则较大，可达1m以上，错距可达数米。（3）纵向沉陷裂缝的发展，随着土体的固结将逐渐减缓，而滑坡裂缝在开始 时发展较慢，当滑坡体失稳后，将突然加快。（4）纵向沉陷裂缝发展到后期，将趋于稳定。滑坡裂缝则在坝面相应部位或 坝基上，常有带状或椭圆状隆起。2.2横向裂缝。裂缝走向垂直于坝轴线，是由于坝体在坝轴线方向不均匀沉陷而引起的拉伸 缝，常贯通坝

4、的防渗体。大坝坝肩岸坡太陡、局部地形变化或坝下埋管等都容易 产生横向裂缝。2.3滑坡裂缝（1）坝基防渗措施处理不彻底或防渗措施失效，持续时间长，坝体浸润线抬 高。（2）坝基有淤泥层或坝身有软弱夹层。坝基施工中，有淤泥层未清除或清除 不彻底；坝体施工中，土料含水量较高，有冻土块上坝或遇降雨，未做好防雨设 施，土料含水量加大，干容重小，抗剪强度低。（3）在大坝施工中，为了减少拦洪工程量，采用临时断面。边坡较陡，汛后 补做原断面，或已建大坝，提高防洪标准，加高培厚大坝，新老土体间未处理好， 致使结合部质量差。（4）水中填土坝，土料含水量大，排水固结慢，施工速度快，孔隙水压力未 能及时消散，抗剪强度低

5、。（5）水库运行中，因调度运用不当，水位下降较快，坝坡土体排水较慢，形 成较大的反向渗透压力。2.4内部裂缝（1）坝体窄心墙内部采用压缩性较大的粘土填筑的窄心墙，因为其心墙的压缩性比上下游两侧坝 壳沙砾料大，当心墙下部沉降，而其上部则可能挤在上下游坝壳之间，其重量由 剪应力和拱的作用被传递到坝壳，以致将心墙拉裂，形成内部裂缝。（2）坝体与刚性建筑物相邻部位坝体内部刚性建筑物，比其周围河床的冲积层或坝体填土的压缩性小得多， 产生不均匀沉陷，导致局部的内部裂缝，如基础建有混凝土截水墙，其顶部会产 生很高的集中压应力，而在附近压应力解除，同时产生拉应力区，因此产生内部 裂缝。在坝体混凝土输水洞相连的

6、地方，也会产生类似的局部裂缝，坝体与两岸 陡坡齿形的坚硬岸石坝端相连的部位，也经常产生内部裂缝。（3）狭窄河谷高压缩性地基上坝体在坝基沉陷过程中，上部坝体的重量通过拱作用传给两岸，如拱下部坝 体沉陷量较大，则有可能使坝体因受过大拉应力而形成内部裂缝。（4）局部高压缩性坝基上的坝体底部由于坝基局部高压性土层沉陷量过大，使坝体底部发生较大的拉应变，而引 起内部裂缝。（5）坝体内压应力小于该处库水压力部位由于不均匀沉陷变形的结果，可能造成坝体内某些平面上的压应力小于该处 库水压力，使水得以进入坝体中的闭合裂缝，形成新的裂缝。并由于水的劈裂， 使裂缝扩大张开，发生集中渗漏，这种裂缝也称水力劈裂缝。2.

7、5龟裂缝龟裂缝即干缩和冰冻裂缝。这种裂缝的产生，主要受气候影响。当坝体土料 含粘量较高，含水量较大，在施工期间，工序衔接不好，坝面保护层或护坡垫层 未能及时跟上，以及坝面碾压后，暴露时间过长，遇炎热或严寒的天气，因表层 土料含水量迅速蒸发或土层迅速冻结，都会产生干缩或冰冻裂缝。3.土石坝裂缝防治措施3.1 .大坝剖面及细部结构土石坝设计应根据坝址附近土石料的种类、储量、位置等基本情况及地形地 质条件，选定合适的坝型。在选定坝型的基础上，拟定基本尺寸，包括坝顶高程、 坝顶宽度、上下游坡度、防渗体及排水设备等，特别是防渗和稳定应满足土石坝 的基本要求。坝剖面设计不应将粒径差别悬殊的两种土料相邻布置

8、，以免变形差 别过大。心墙坝的心墙与坝壳粗料间应设置一个较宽的过渡区，过渡区土料变形 性能应介于两种土料之间。斜墙坝与下游坝壳之间也应设置过渡层，以保证均匀 传递荷载，减小不均匀沉陷。过渡层均兼有防止渗透变形的作用，应按反滤层原则设计土料选择与设计土料选择与设计不仅要考虑强度与渗透性能，还应充分重视土料变形性能， 应针对不同类型的防渗体及防渗体的不同部位选用不同的土料。防渗土料压实后 应具有足够的防渗性能和一定的抗剪强度。均质坝一般要求渗透系数小于1x10- 4cm/s，心墙坝或斜墙坝一般要求小于1x10-5cm/s斜墙对不均匀变形比较敏感， 对土料适应变形的能力要求较高。中上部心墙对土料的要

9、求与斜墙相似。中下部 心墙不均匀变形相对较小，对土料适应变形的能力可以稍差一点，但由于承受荷 载大，如土料压缩性过大，会引起过大的变形，不利于防裂。坝壳材料压实应具 有较高的强度和一定的抗风化能力，水下部分应具有良好的透水性。选用正确的施工和运行管理方法心墙或斜墙上部填筑至一定高度后，可减缓土料填筑速率，待下部坝体沉陷 大致完成后，再填筑顶部。或将预计易开裂的部位留至最后填筑。有时也可用非粘性土作为预压荷载，待沉陷一段时间再除去，并换粘性土继 续填筑。土石坝滑坡开裂漏水事故有许多与库水位降落速度过快有关，水库运行 时要避免库水位陡降。3.4 .裂缝处理土石坝一旦发生裂缝，应及时查明性状，分析原

10、因，采取针对性的措施进行 处理。一般的表面干缩裂缝可用砂土填塞，表面再以低塑性粘性土封填、夯实。 深度不大的的裂缝可按干缩缝处理，也可挖除重填。挖除裂缝部位土体重新回填 是比较彻底可靠的方法。回填宜采用稍高于最优含水量的土料，严格分层夯实， 并在新老土结合面上采取刨毛、洒水等措施，使结合良好。当裂缝位于深部或延 伸至深部时，可采取灌浆处理。灌浆用土宜取塑性指数小于10，以减少缝的固结 收缩。浅层裂缝只能自流灌浆，深层裂缝灌浆可稍加压力，但应避免引起水力劈 裂。结束语总而言之，土石坝裂缝、渗漏产生的原因是多方面的，一旦发生裂缝、渗漏， 必须及时予以处理。刚柔性相结合防渗技术在土石坝防渗除险加固中具有广阔的 推广应用前景参考文献：黄院生.省土石坝裂缝及渗漏防治技术探讨J.水利科技，20