土石坝渗漏裂缝成因分析杨东晖单位：水工1103邮编：475004摘要：土石坝裂缝问题是工程领域长期关心和不断进行研究的重要课题，也是现实土石坝工程安全运行的重要内容，探讨土石坝危害性裂缝的产生原因，从而实现根据不同原因进行裂缝的防治与维修，具有较为重要的意义。关键词：土石坝、渗漏、裂缝、处理措施、分析引 言土石坝是堤坝施工中最为广泛的一种。与其他坝型相比较，无论从经济方面还是从施工方面，土石坝具有绝对的优势，据不完全统计世界土石坝占大坝总数的829%，而在中国土石坝数量占到大坝总数的93%，堤坝的安全、稳定直接影响着农业生产发展、城镇居民生活、生产用水，工矿企业生产用电的可靠性。而坝体渗漏和裂缝又是工程中常见的问题，有效的预防坝体的渗漏和裂缝的产生，是水工行业所有从业者应该重视的课题。 1堤坝的渗漏 渗漏通常是指水体向围护区，以外渗流而产生水量漏失的现象。如其渗漏量较大，将显著降低蓄水效益；降低软弱结构面强度，使某些岩土或断裂带充填物产生渗透变形；造成相邻低谷、洼地或坝基扬压力增加；下游地下水位抬升、建筑物地基浸没、失稳；引起坝肩、坝体滑动等环境地质问题，造成下游农田浸没和盐渍化等，但由于这种渗漏现象通常是徐变渐进的，一般不会立即造成堤防溃决、垮坝等灾难性后果。渗漏的主要表现形式为： 1.1坝基渗漏 通常是指水体沿坝基和坝肩透水岩土带渗流而发生漏失水量的现象。由于土石坝对地基强度的要求不高，因此基础的防渗处理好坏直接关系到土石坝的运行安全。建设时由于经费或其它种种原因对地质情况未予探明或探知后未得到妥善处理，结果在运行多年后，隐患逐步暴露并造成坝基、坝肩严重漏水。 1.2坝体渗漏 主要是指水体透过坝身渗流而造成水量流失的现象，由于土质堤坝是由土料构筑的，而土料具有一定程度的透水性，在持续高水位下，如果填筑的土料选择不当或夯压不实，渗透到坝体内部的水分即会相应增加，浸润线和出逸点也会明显抬高，如不及时处理，就可能发生滑坡、漏洞、塌坑等，因而对土质堤坝的安全和稳定危害很大，其演变过程通常是从润湿散浸集中渗漏流土、管涌溃决。 2堤坝常见的裂缝及处理措施 土坝的裂缝分法有两种，按照缝的方向可分为横向裂缝(垂直坝轴线)、纵向裂缝(平行坝轴线)和龟裂缝等，按照部位可分为表面裂缝和内部裂缝。（1）纵向裂缝纵向裂缝是变形裂缝的一种，裂缝的方向与坝轴一致，通常分布在坝顶与坝坡上，由于大坝的各个分肢受力分均匀，在形变剧烈程度上表现各异，尤其是坝顶相对位移最大，所以坝顶的裂缝宽度也最大。（2）横向裂缝与纵向裂缝相反，横向裂缝与坝轴的方向互相垂直。横向裂缝一般分布在大坝的与地面接触的地方。在大坝与地面接触的横截面上，大坝的高度具有一定的差异性，高度不同，建设过程坝基也不同。因此，当承受较大的压力时，大坝沿轴线位置上的相对位移也不同，在这种情况下，大坝就会出现横向裂缝。这种裂缝无论是跨度还是深度都较大，是影响大坝质量与安全的最为关键因素。（3）水平裂缝水平裂缝分布在大坝的内侧，在土坝中最为常见，严重威胁土坝的使用。但是，在一些特殊的石坝中也会出现水平裂缝，例如，坝身坝基内部塑流拉伸裂缝等。2.1龟裂缝的特征与原因 龟裂缝的方向没有规律，错纵复杂，缝的间距分布比较均匀，这种裂缝出现最多是在没有铺设保护层的坝顶和坝坡，也可能出现在水库泄空而出露的上游防渗铺盖表面上。产生龟裂缝的主要原因是土坝填土由湿变干时的体积收缩。筑坝土料愈粘、含水量愈高，出现龟裂缝的可能性愈大。 2.2横向裂缝的特征与成因 横向裂缝一般接近铅垂或来回稍有倾斜地伸入坝体内。缝深几米到十几米，上宽下窄，缝口宽几毫米到十几厘米，偶尔也能见到更深、更宽的。 2.3纵向裂缝的成因、特征与鉴别 （1）在坝面上，纵向沉陷裂缝一般接近于直线，基本上是铅垂地向坝体内部延伸，裂缝两侧填土的错距一般30cm，缝长几米到十几米居多，也有更深的，缝宽几毫米到十几毫米，缝长由几米到几百米。 （2）纵向滑坡裂缝一般成弧形，裂缝向坝体内部延伸时弯向上游或下游，缝的发展过程是逐渐加快的，直至土体发生滑动以后才逐渐变慢。 2.4内部裂缝的部位与成因 （1）如果坝壳的压缩性小而心墙的压缩性大，则心墙向下沉陷时，其上部的重量可能通过拱作用传递到两侧的坝壳上去，心墙下部继续沉陷，使心墙受拉而出现贯通上下游的水平裂缝。这种裂缝出现后，坝体就会出现严重漏水。 （2）高压缩性地基上的土坝底部，因坝基不均匀沉陷而变成马鞍形后，就有可能在坝体底部出现应力，从而引起铅垂向的内部裂缝，这种裂缝既可能是纵向的，也可能是横向的。 （3）窄山谷中的高压缩性地基上修建的土坝，在坝基沉陷过程中，上部坝体的重量通过拱作用传递到两岸。如果拱下部坝体沉陷较大，就有可能使坝体因受拉力而出现内部裂缝。 （4）防渗墙上部的坝体，由于硅防渗墙的压缩变形远比河床冲积层的沉陷小，因此，防渗墙顶部和两侧的坝体将产生不均匀沉陷，从而可能使防渗墙附近的填土产生内部裂缝。 3土坝裂缝的处理 坝面发生裂缝后，应通过表面观测和开挖探坑、探槽，查明裂缝的确切部位形状宽度、长度、错距、走向以及它们的发展情况。 31开挖回填 这种处理方法施工简单，且处理后一般比较彻底，效果较好，适用于深度在5m 以内，并已停止发展的裂缝。开挖前应沿裂口灌注少量石灰水，以掌握开挖的范围。挖槽深宽均应超过裂缝0.3m0.5m，长度超出缝端1m。 （1）梯形台阶：槽坑开挖时顺缝抽槽，保持梯形断面，以利与原堤坝的结合。当裂缝较深时可挖成阶梯形槽坑，台阶高1.5m。槽口附近不宜堆放土料，以利出土和施工安全。槽坑回填前先削去台阶，洒水湿润槽壁并刨毛，再回填与原堤坝体相同的土料，分层夯实。 （2）十字形结合槽：适用于贯穿堤坝的横向裂缝。开挖时顺裂缝方向每隔5m6m，设一道垂直于裂缝的结合槽，回填时要注意新老土的结合。 在汛期，抽槽法适用于高出洪水位的裂缝抢护。一般裂缝处理宜在枯水期或降低水位后进行，必要时应在上游堤坝坡加筑临时围堰，以策安全。龟形裂缝一般不作处理，若处理也可采取泥浆封口，或将龟裂土层刨松湿润夯实，面层再铺以砂性土保护。 32充填灌浆 对于较深的裂缝，可采用灌浆法，或采取上部开挖回填、下部灌浆的方法处理，以减少抽槽工程量。灌浆部位的顶部必须保持有2m 以上的开挖回填层作为阻浆盖，以防止浆液外喷。回填时预埋灌浆管（铁管或竹管）。如条件许可可采用分段、回浆的灌浆方法，效果较好。浆液浓度应先稀后稠，灌浆压力由小到大。 33裂缝灌浆 对于较深的裂缝，可以采用灌浆或上部开挖回填、下部灌浆的方法处理，以减少工程量。裂缝灌浆一方面可使浆液填充裂缝，另一方面还可在灌浆压力作用下，挤密裂缝周围坝体填土，达到堵塞裂缝加固坝体的目的。 34压力灌浆 堤顶部位可先压浆后开挖，以利于打眼机压浆机施工方便，堤坡部位可以先挖槽用人工锥探，压浆机灌浆，锥探深度堤顶堤坡均为不小于5 米，以保证裂缝处理质量。灌浆对每眼无论吃浆大小都应进行复灌。 4预防措施 4.1加强基础处理，尽量避免不均匀沉陷 （1）施工前，对有积水的基础应采取排水清挖，换土的方法，对软弱地基采取加固处理方法，即开挖用石灰土回填；填筑前，做好清基封底，即将基础范围内和旧堤坡表面的草皮、树根、杂砖、腐殖土、疏松土及其他一切杂物全部清除； （2）对树坑、废井、坟坑等要逐坯开蹬，多层夯实填平； （3）有隐患或沙土基础事先排除隐患，按规定对沙土进行清挖处理。 4.2进行土料调配，尽量使土质均匀，减少固结差异 筑堤土料均匀性是减少固结速度差异的关键指标，而保证筑堤土料的均匀性，也是很难控制的指标。在施工时，应认真核查土场土料，尽量采用壤土，杜绝使用未经风化的干淤土块、稀淤软泥、腐殖土、冻土及细沙。对土料中掺有的草根、树根、树枝、砖石等杂物，一律清除干净。对土料中大于5cm硬土块超过总土量5%时，应进行破碎处理后再进行使用。 4.3采取有效措施，提高土堤压实度 填料固结变形是导致坝体发生裂缝的主要原因之一，因而填筑土料要压实紧密，这是防裂缝的最主要措施。目前，筑堤施工技术不断提高，机械化碾压替代了人工夯实，只要严格操作规程，注意铺土厚度、填筑土粒的含水量适宜和摊铺平整度，做好土料的颗分及最大干密度物理指标试验，对土堤的压实度提高不是很难。也就是说：在含水量适宜的情况下，机械碾压绝大多数应该能达到规定设计的压实度。 5结束语 通过本文的分析，从另一个角度来看土石坝的裂缝是可以预防和整治加固的，只要发现问题及时，处理得当，渗漏和裂缝是完全可以及时得到整治处理和除险加固的。土石坝裂缝并不是偶然发生的现象，而一定是经过了一个由量变到质变的发展过程。在管理过程中通过观测是可以及早发现、及时进行处理的。目前虽然已有很多方法处理土石坝裂缝问题，但仍应本着防患于未然的原则，力求避免其产生。