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摘要：针对小型病险水库除险加固设计中常见的土石坝裂缝进行分析，介绍了土石坝裂缝的特征、成因，结合工程实例阐述了土石坝裂缝的常用处理措施，以供类似工程参考与借鉴。
关键词：小型病险水库；土石坝；裂缝；成因；处理措施
一 工程概况
四清水库位于富民县大营镇束刻中村，所在河流属螳螂川支流大营河二级支流，地理坐标为东经102°36′54.8″，北纬25°15′15.5″。坝址以上径流面积为1.3km2，主河道长1.34km，河床平均坡降60.1‰。四清水库始建于1965年10月，水库总库容13.00万m3，属小（二）型水库，水库效益以灌溉为主兼顾下游防洪。大坝坝型为均质土坝，最大坝高7.0m，坝顶高程1929.20m，坝顶宽度3.0m，坝轴线长295.0m。
设计人员在现场踏勘过程中发现，大坝坝顶有裂缝，裂缝走向与坝轴线基本平行，由大坝中部向两坝肩延伸。经水库管理人员介绍，查明裂缝出现时间约为2011年11月，经过两个多月的时间慢慢发展成型，后期裂缝不再扩大，基本保持现状。裂缝出现后对坝体基本没有影响，坝体没有出现过滑坡等现象。随后勘测人员在坝轴线上人工开挖了3个探槽（先在坝顶对着裂缝灌注石灰水，然后进行开挖），对坝顶裂缝宽度及深度进行测量。探槽1：长×宽×深=2.0m×0.8m×1.9m，探槽2：长×宽×深=1.5m×0.6m×0.9m，探槽3：长×宽×深=2.0m×0.6m×1.5m。通过现场测量分析，大坝裂缝宽度约1～3cm，影响张力范围约50cm，深度约1.0～2.0m，长约290m。接下来对裂缝的特征及成因进行分析，以便采取相应的处理措施。
二 大坝裂缝的特征及其成因分析
（一）一般土石坝裂缝类型
1、干缩和冻融裂缝
干缩裂缝是由于土体表面水分蒸发而收缩，而土体内部不收缩(或收缩很小)，使表层土受到约束，产生拉应力而形成裂缝。冻融裂缝是由于土体冻结后气温再骤降，表层冻土收缩时受内部未降温土体的约束，因而在表层发生裂缝。这种裂缝常见于含水量较高的细粒土中，一般对坝的安全没有影响，但会加剧坝面雨淋沟的发展。
2、沉陷裂缝
这类裂缝是由于坝体不均匀沉降引起的，一般规模较大，深入坝体内，是破坏坝体完整性的主要裂缝。按其方向可分为以下几种：
a、横向裂缝。横向裂缝走向与坝轴线垂直或斜交，多出现在坝体与岸坡接头处，或坝体与其它建筑物的连接处，一般从坝顶延伸到坝体一定深度。横向裂缝往往上下游贯通，其深度如果延伸到正常蓄水位以下，可造成集中渗流，所以危害性极大。
b、纵向裂缝。纵向裂缝的走向与坝轴线平行或接近平行，一般出现在坝顶和坝坡，其中以出现在坝顶居多，缝宽往往也较大。纵向缝可长达数米至数十米。
c、水平裂缝。土石坝的水平裂缝是指破裂面大致呈水平分布，多是内部裂缝，有时它可能贯通上下游，形成集中渗漏的通道，是土石坝的一大安全隐患。一般出现在坝顶以下心墙的某一深度处，尤其是心墙填筑时辗压质量较差的窄心墙土石坝最容易产生。
3、滑坡裂缝
它是因滑移土体开始发生位移而出现的裂缝。从表面上看，裂缝呈“u”字型，两端向坝脚延伸；从剖面上看，呈弧形滑动缝。这种裂缝多发生在滑坡顶部，一般有较大错距，并有明显擦痕。这种裂缝是滑坡的前兆，一旦发生，将迅速延伸和扩展，对此必须密切注意和及时处理。
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4、水力劈裂缝
它是由于水压力所引起的水平或垂直裂缝。此种裂缝产生多是因土体已有裂缝，库水进入裂缝并形成使缝张开的劈缝压力，劈缝水压力大于土体内作用于缝 面的压应力而形成。
（二）四清水库大坝裂缝类型分析
除险加固设计前对四清水库进行了地质勘察，共在大坝轴线上布置了5个地质钻孔，在坝体下游坡布置了1个地质钻孔，在钻孔中进行了注水（压水）试验、标贯试验、取样等工作。对勘察资料进行整理分析后发现，大坝河床段坝基为软塑～硬塑状含砾粉质粘土，深部夹有机质粘土及砾石土，厚度约35.00m～40.00m。压缩系数（平均值）a1－2=0.51MPa-1，压缩模量（平均值）Es1-2=3.59MPa，主要属高压缩性土。凝聚力（平均值）C=12.70KPa，内摩擦角（平均值）￠=13.0°，抗剪强度较低。根据63.50Kg标准贯入试验，允许承载力建议值［R］=140.97KPa，强度较低。
大坝坝土料主要为含砂低液限粘土，夹有少量全风化的泥岩角砾和碎块。孔隙比0.68～0.84，饱和度83.9～98.10%，呈硬塑～坚硬状夹少量软塑状，天然含水率22.40~29.40％，天然密度1.84～1.99g/cm3，干密度1.45～1.60g/cm3，压实度90～95％。砂粒平均含量16.00%，粉粒平均含量59.40%，粘粒含量16.94～32.15%，平均粘粒含量22.40%。压缩系数（平均值）a1－2=0.42MPa-1，压缩模量（平均值）Es1-2=4.60MPa，主要属中等压缩性土，坝体土料压实度较低，存在压缩变形问题。
裂缝类型判定：首先，裂缝出现于坝体表层，可用肉眼观测，且裂缝出现后对坝体没有产生较大危害，故判定裂缝属于表面裂缝；其次，根据裂缝的轴向（与坝轴线基本平行）判断裂缝属于纵向裂缝；进而根据钻孔资料，分析坝基属于软土层，容易导致坝基不均匀沉陷，且坝体土土料不均匀，压实度较低，存在压缩变形问题，最终判定裂缝是由于坝基与坝体的不均匀沉陷而引起的纵向表面裂缝。
三 裂缝的处理措施
（一）一般裂缝处理措施
1、翻检夯实法
对于细小的龟裂缝，如属纵向裂缝，可以只进行表面处理，即将缝口土料翻松，重新夯实，以防雨水侵入。对于稍大的裂缝，若经观察不再继续发展，可先用干而细的沙壤土从缝口灌入，再用竹片或板条等填塞捣实，然后在缝口用黏性土封堵压实。对于一般的干缩和冻融裂缩，可用砂土填塞，将缝口表面土料翻松并湿润，然后夯实、用不透水土料填塞缝口。
2、开挖回填法
开挖回填是处理裂缝比较彻底的方法，即将发生裂缝部分的土料全部挖出， 重新回填。这是一种简单易行、彻底可靠、适合群众性施工的方法，适用于深度不大的表层裂缝和防渗部位的裂缝。对均质土坝坝面产生的干缩小裂缝(缝宽小于5mm，深度小0.5m)，一般在坝体浸水后会自行闭合，可不加处理。如干缩裂缝较深，雨水沿缝渗入，将会增大土体含水量，降低裂缝区域的土体抗剪强度，促使裂缝发展，宜用开挖回填方法处理。
3、灌浆处理法
所谓灌浆是将粘土浆或粘土水泥浆液用一定的压力灌入裂缝。对于裂缝较深或较普遍，开挖回填工程量大或者开挖会危及坝坡安全时，均可采用灌浆处理，特别是对坝体内部裂缝进行灌浆处理有良好效果。灌浆处理一般应在枯水期进行，可分为充填灌浆和劈裂灌浆两种。灌浆结束后，再进行质量检查，以确保灌浆后的防渗效果。
（二）四清水库大坝裂缝处理措施
针对四清水库坝体裂缝的特征及成因，本次除险加固设计对坝体裂缝采用开挖回填法并结合坝体灌浆（因坝体本身存在渗漏，需对坝体进行灌浆防渗）进行处理。具体处理措施为：对现状坝顶结合下游坝坡培厚进行翻压，翻压深度为2.5m；对翻压部位以下坝体采用充填灌浆防渗处理，灌浆帷幕总长288m。
四 结语
综合上述，土石坝裂缝轻微时会使大坝不能正常运行，影响工程效益的发挥，严重时可危及大坝自身安全，危害下游防洪区域内的居民的人身财产安全。因此，土石坝裂缝的处理成为水库除险加固工程设计及施工中的一个重要课题。在设计中，必须查明裂缝发生的时间及发展情况，探明现状裂缝的宽度、深度、长度及走向等情况，结合地质资料查明裂缝产生的原因及类型，最终制订相应的处理方案。在工程施工中，必须严格按照规范要求，加强对施工的每个工序、每个环节的实施控制，保质保量完成除险加固施工任务，充分发挥水库的功能效益，造福一方百姓。
参考文献：
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[2] 王萍，夏仲平．病险水库除险加固中的主要技术措施[J]．人民长江，2006，(8)．
[3] 余永志．我国病险水库的主要“病症”及常见处理措施[J]．中国水利，2008，(3)．
论文作者:杨璐瑶,蒋源
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/18
标签：裂缝论文; 水库论文; 大坝论文; 土石论文; 轴线论文; 缝口论文; 措施论文; 《防护工程》2018年第27期论文;