南京市溧水区水务局 江苏南京 211200
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。
1.2.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。
1.3.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）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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
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。
2.5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，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
3.2.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1×10-4cm/s，心墙坝或斜墙坝一般要求小于1×10-5cm/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。
3.3.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：
[1]黄院生.省土石坝裂缝及渗漏防治技术探讨[J].水利科技，2006，（01）：42-44+46.
[2]牛运光.土石坝裂缝原因分析与防治处理措施综述[J].大坝与安全，2006，（05）：61-66.
[3]倪志华.土石坝渗流破坏机理分析及防治措施[J].河南水利与南水北调，2011，（22）：14-15.
[4]张凯倩.土石坝渗流分析及控制措施综述[J].湖南水利水电，2013，（05）：30-32.
论文作者:张敏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/21
标签：裂缝论文; 土石论文; 坝基论文; 滑坡论文; 压缩性论文; 防渗论文; 大坝论文; 《基层建设》2017年第35期论文;