葉曉晶

摘要：土石壩因?yàn)槭┕ず?jiǎn)單、取材方便而被廣泛使用，是水利工程中較為常見的一種擋水建筑物。然而土石壩在使用過程中有著不可忽視的缺陷—裂縫。裂縫對(duì)土石壩的安全以及下游人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了極大威脅。本文對(duì)土石壩常見裂縫的原因以及治理方法進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：土石壩；裂縫；成因；治理方法

到目前為止，我國(guó)共修建約8.8萬座大壩，其中95%以上是土石壩。土粒黏結(jié)強(qiáng)度低，土顆粒之間空隙較大，在滲流、沖刷及地震作用下，土壩易受到破壞。其中，裂縫是土石壩較為常見的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，土石壩裂縫問題占國(guó)內(nèi)所有大壩問題的39%。大壩出現(xiàn)裂縫后，可能會(huì)出現(xiàn)滑坡、管涌甚至潰壩等事故。[1]在查閱大量文獻(xiàn)后，本文對(duì)裂縫特點(diǎn)、成因以及對(duì)策進(jìn)行了總結(jié)。

一、土石壩

土石壩是指在施工過程中以土、石料以及混合料經(jīng)過碾壓而形成的一種擋水結(jié)構(gòu)，這種擋水結(jié)構(gòu)在施工過程中是以土和沙粒為主的壩體結(jié)構(gòu)，因此被人們廣泛地稱為土石壩。[2]土石壩通常按壩高、施工方法以及筑壩材料分類。其中，碾壓式土石壩應(yīng)用最為廣泛。土石壩因?yàn)槠淙〔谋憷r(jià)格低廉、施工方法簡(jiǎn)單以及對(duì)地質(zhì)地形條件要求不高的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于水利工程。

二、土石壩裂縫特點(diǎn)

土石壩裂縫極為常見，種類繁多。根據(jù)裂縫在土石壩中出現(xiàn)的部位，裂縫可分為表面裂縫和內(nèi)部裂縫；根據(jù)裂縫的走向，裂縫可分為橫向裂縫、縱向裂縫、水平裂縫和龜紋裂縫；根據(jù)裂縫的成因，裂縫又可分為沉陷裂縫、滑坡裂縫、干縮裂縫、冰凍裂縫和震動(dòng)裂縫。

土石壩中較為常見的裂縫是變形裂縫。變形裂縫主要有橫向裂縫、縱向裂縫和水平裂縫，多為表面裂縫。橫向裂縫走向與壩軸線垂直或斜交，一般出現(xiàn)在壩頂，近似鉛錘或稍有傾斜，防浪墻及壩肩砌石常隨縫開裂。土壩的橫向裂縫危害性極大。縱向裂縫走向一般平行于壩軸線或接近平行，往往出現(xiàn)在壩頂以及壩坡上部。水平裂縫往往水平或接近水平，大都出現(xiàn)在壩體內(nèi)部。

三、土石壩裂縫成因

通過查閱資料，分析實(shí)例，土石壩出現(xiàn)的裂縫主要是橫向裂縫以及縱向裂縫，水平裂縫出現(xiàn)較少。裂縫出現(xiàn)的原因主要有以下三個(gè)方面：

第一，壩基處理不當(dāng)，導(dǎo)致壩基不均勻壓縮變形。土石壩對(duì)天然壩基的強(qiáng)度和變形能力要求沒有混凝土壩要求高，但是，土石壩壩基的承載能力、強(qiáng)度、變形能力和抗?jié)B能力均低于混凝土壩壩基。因?yàn)橥潦瘔卧诮ㄔ爝^程以及使用過程中會(huì)發(fā)生變形，在壩基處理不當(dāng)?shù)那闆r下，土體會(huì)承受較大的變形以及應(yīng)力，從而導(dǎo)致土石壩出現(xiàn)裂縫。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，土石壩出事約有40%是壩基不均勻沉降導(dǎo)致的。

第二，壩體碾壓不到位。卵石、石渣、風(fēng)化石都是良好的建筑材料，但是需要充分碾壓至密實(shí)狀態(tài)。在20世紀(jì)50年代，心墻多采用碾壓方式建造，而壩殼常用主要用拋填或水力沖填方式填筑，因?yàn)殇佋O(shè)層很厚，即使碾壓，而激振力也不夠大。因此，壩殼密實(shí)度通常低于心墻。如果壩殼密實(shí)度不高，心墻與壩殼密實(shí)度差異過大，有可能導(dǎo)致裂縫、滲漏以及沉陷等問題。江西七一土壩使用粘性山皮土筑壩，只用拖拉機(jī)厚層碾壓。投入使用后，壩體裂縫多，沉陷量大，在水庫放空時(shí)，上游出現(xiàn)滑坡。[3]

第三，庫區(qū)水位上升或下降速度過快。水位升降速度過快會(huì)導(dǎo)致壩體出現(xiàn)過大局部變形，從而產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形甚至裂縫。巴西的恩卜卡薩大壩在是981年首次蓄水時(shí)，水位上升速度過快，庫水位達(dá)600米時(shí)，壩頂處心墻沿下游側(cè)出現(xiàn)一條130米長(zhǎng)的縱向裂縫，深度0.6米。1982年1月，庫水位642米時(shí)，心墻上游側(cè)過渡料中出現(xiàn)縱向裂縫，長(zhǎng)達(dá)700米，最大寬度0.25米，深度約4米，裂縫底端接近水庫最高水位。[4]

四、土石壩裂縫治理方法

案例分析結(jié)果顯示，心墻與壩殼的變形不協(xié)調(diào)是土石壩的顯著特點(diǎn)之一，壩體不同區(qū)域的變形不協(xié)調(diào)是表面裂縫的主要原因。以下是治理裂縫的幾種常用方法。

（一）翻松夯實(shí)法

干縮和凍融所造成的裂縫，一般可用翻松夯實(shí)法處理。用砂土填塞裂縫，在裂縫口表面翻松土壤，并濕潤(rùn)土壤，然后夯實(shí)，并用不透水土料充填縫口。

（二）開挖回填法[HT]

開挖回填是解決裂縫問題最徹底的方法，適用于位置不深及防滲體面上的裂縫。開挖裂縫時(shí)，往往采用梯形斷面或階梯型斷面邊坡應(yīng)滿足穩(wěn)定和新舊回填土結(jié)合的要求。回填的土料應(yīng)采用滿足壩體設(shè)計(jì)要求的土料?；靥顣r(shí)，需注意分層夯實(shí)，土層厚度以0.1～0.2米為佳，并采取灑水創(chuàng)毛筆措施，有利于新老土的結(jié)合。[5]操作時(shí)，應(yīng)格外注意坑槽邊角處的夯實(shí)質(zhì)量，防止暗縫產(chǎn)生。

（三）充填灌漿

充填灌漿法是在裂縫部位，使用較低壓力或依靠漿液自重把漿液注入壩體內(nèi)，填塞裂縫和空隙，從而加固壩體。灌漿之前應(yīng)布置好孔序。灌漿壓力是確保灌漿效果的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)確定，一般灌漿管上端孔口壓力采用0.05～0.3兆帕，施灌時(shí)壓力應(yīng)由小到大，逐步增加。灌入裂縫的漿液失水后填滿裂縫，才能發(fā)揮防滲作用。因此，灌漿漿液應(yīng)有良好的流動(dòng)性、析水性以及收縮性。灌漿漿液的材料配比根據(jù)裂縫的位置及深度確定。灌漿時(shí)，宜采用少灌多復(fù)的方法，以提高裂縫充填密實(shí)度和防滲效果。在設(shè)計(jì)壓力作用下，灌漿孔段三次復(fù)灌后，不再吸漿時(shí)，灌漿方可結(jié)束。

五、結(jié)論

本文通過查詢資料，對(duì)裂縫特性、成因及處理方法有了初步的概括與總結(jié)。土石壩中較為常見的是變形裂縫。土石壩裂縫的主要成因是壩基處理不當(dāng)、壩體碾壓不到位以及庫區(qū)水位上升或下降速度過快。常見的裂縫處理方法有翻松夯實(shí)法、開挖回填法和充填灌漿法。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐建.高心墻堆石壩壩頂裂縫成因分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2017（05）：46-50.

[2]張艷輝.針對(duì)土石壩裂縫的原因分析及解決方法[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（23）：52.

[3]顧淦臣.土石壩的裂縫和壓實(shí)質(zhì)量[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1982（04）：56-67.

[4]王富強(qiáng)，楊澤艷.高土心墻堆石壩裂縫分析及控制措施研究[J].水力發(fā)電，2018，44（01）：43-45+54.

[5]張艷輝.針對(duì)土石壩裂縫的原因分析及解決方法[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（23）：52.