土石壩裂縫成因分析及對策

葉曉晶

摘要：土石壩因為施工簡單、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。裂縫對土石壩的安全以及下游人們的生命財產安全產生了極大威脅。本文對土石壩常見裂縫的原因以及治理方法進行闡述。

關鍵詞：土石壩；裂縫；成因；治理方法

到目前為止，我國共修建約8.8萬座大壩，其中95%以上是土石壩。土粒黏結強度低，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。據不完全統計，土石壩裂縫問題占國內所有大壩問題的39%。大壩出現裂縫后，可能會出現滑坡、管涌甚至潰壩等事故。[1]在查閱大量文獻后，本文對裂縫特點、成因以及對策進行了總結。

一、土石壩

土石壩是指在施工過程中以土、石料以及混合料經過碾壓而形成的一種擋水結構，這種擋水結構在施工過程中是以土和沙粒為主的壩體結構，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，碾壓式土石壩應用最為廣泛。土石壩因為其取材便利、價格低廉、施工方法簡單以及對地質地形條件要求不高的特點而廣泛應用于水利工程。

二、土石壩裂縫特點

土石壩裂縫極為常見，種類繁多。根據裂縫在土石壩中出現的部位，裂縫可分為表面裂縫和內部裂縫；根據裂縫的走向，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，大都出現在壩體內部。

三、土石壩裂縫成因

通過查閱資料，分析實例，土石壩出現的裂縫主要是橫向裂縫以及縱向裂縫，水平裂縫出現較少。裂縫出現的原因主要有以下三個方面：

第一，壩基處理不當，導致壩基不均勻壓縮變形。土石壩對天然壩基的強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、強度、變形能力和抗滲能力均低于混凝土壩壩基。因為土石壩在建造過程以及使用過程中會發生變形，在壩基處理不當的情況下，土體會承受較大的變形以及應力，從而導致土石壩出現裂縫。據國外資料統計，土石壩出事約有40%是壩基不均勻沉降導致的。

第二，壩體碾壓不到位。卵石、石渣、風化石都是良好的建筑材料，但是需要充分碾壓至密實狀態。在20世紀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，因為鋪設層很厚，即使碾壓，而激振力也不夠大。因此，壩殼密實度通常低于心墻。如果壩殼密實度不高，心墻與壩殼密實度差異過大，有可能導致裂縫、滲漏以及沉陷等問題。江西七一土壩使用粘性山皮土筑壩，只用拖拉機厚層碾壓。投入使用后，壩體裂縫多，沉陷量大，在水庫放空時，上游出現滑坡。[3]

第三，庫區水位上升或下降速度過快。水位升降速度過快會導致壩體出現過大局部變形，從而產生不協調變形甚至裂縫。巴西的恩卜卡薩大壩在是981年首次蓄水時，水位上升速度過快，庫水位達600米時，壩頂處心墻沿下游側出現一條130米長的縱向裂縫，深度0.6米。1982年1月，庫水位642米時，心墻上游側過渡料中出現縱向裂縫，長達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

案例分析結果顯示，心墻與壩殼的變形不協調是土石壩的顯著特點之一，壩體不同區域的變形不協調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）翻松夯實法

干縮和凍融所造成的裂縫，一般可用翻松夯實法處理。用砂土填塞裂縫，在裂縫口表面翻松土壤，并濕潤土壤，然后夯實，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，往往采用梯形斷面或階梯型斷面邊坡應滿足穩定和新舊回填土結合的要求。回填的土料應采用滿足壩體設計要求的土料。回填時，需注意分層夯實，土層厚度以0.1～0.2米為佳，并采取灑水創毛筆措施，有利于新老土的結合。[5]操作時，應格外注意坑槽邊角處的夯實質量，防止暗縫產生。

（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，填塞裂縫和空隙，從而加固壩體。灌漿之前應布置好孔序。灌漿壓力是確保灌漿效果的關鍵。實驗確定，一般灌漿管上端孔口壓力采用0.05～0.3兆帕，施灌時壓力應由小到大，逐步增加。灌入裂縫的漿液失水后填滿裂縫，才能發揮防滲作用。因此，灌漿漿液應有良好的流動性、析水性以及收縮性。灌漿漿液的材料配比根據裂縫的位置及深度確定。灌漿時，宜采用少灌多復的方法，以提高裂縫充填密實度和防滲效果。在設計壓力作用下，灌漿孔段三次復灌后，不再吸漿時，灌漿方可結束。

五、結論

本文通過查詢資料，對裂縫特性、成因及處理方法有了初步的概括與總結。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、壩體碾壓不到位以及庫區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法、開挖回填法和充填灌漿法。

參考文獻：

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

[2]張艷輝.針對土石壩裂縫的原因分析及解決方法[J].科技創業家，2012（23）：52.

[3]顧淦臣.土石壩的裂縫和壓實質量[J].巖土工程學報，1982（04）：56-67.

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

[5]張艷輝.針對土石壩裂縫的原因分析及解決方法[J].科技創業家，2012（23）：52.