白云水库除险加固工程坝体防渗墙施工坝体裂缝成因分析与处理措施

易书斌

（云南省红河州水利电力工作站 661100）

1 工程概况

1.1 工程简介

白云水库于1956年开工兴建，1959年竣工。水库位于云南省弥勒县南部虹溪镇白云冲，距县城45km，距虹溪镇7.5km，地理位置：东经 103°17′44″～103°18′16″，北纬24°04′33″～24°05′56″。白云水库属珠江流域南盘江水系，水库建在甸溪河的支流大清河上。水库径流面积为25.6km2。水库为以农业灌溉为主（灌溉面积1000hm2），兼顾下游防洪的小（1）型水库工程。水库总库容965万m3，死水位1498.95m，正常蓄水位 1512.50m，设计（P=2.0%）洪水位1513.80m，校核（P=0.1%）洪水位1514.59m。工程等别为4等，主要建筑物为4级建筑物、次要建筑物为5级建筑物。主要建筑物抗震设防烈度为7度。

1.2 拦河坝坝体土质量状况

拦河坝为均质土坝，坝顶高程1515.60m，坝顶宽5m，最大坝高24m，坝顶长385m。上、下游坝坡均为1∶2.5。

拦河坝坝体土由紫红杂褐色含砂岩、泥岩碎块粉土夹粘土构成。其间的碎块含量为30%～40%，碎块直径为1～2cm。上部段（5m以上）土体大部处于干燥状态，呈硬塑至不可塑状，中下部段土体潮湿，多呈可塑状。整个坝体碾压质量较差，压实度非常低（0.74～0.95），均小于规范值（0.95～0.97），土体孔隙发育（e=1.15～2.03），压缩性较高，压缩系数 a1～2=0.431～0.801MPa-1），抗剪强度不均匀（φ=15.5°～24.3°，c=22.04～40.28kPa），土体透水性（K=6.58×10-4～1.15×10-3cm/s）不能满足防渗要求。坝基及坝肩存在渗漏，总漏水量为27.5L/s，年漏水量为36万m3，需进行防渗处理。

2 防渗墙主要设计指标

薄型混凝土防渗墙布置于坝轴线上，防渗墙顶高程为1513.00m，防渗墙底界伸入强风化基岩1.5m，底高程为1481.00m，防渗墙最大深度为32m，防渗板墙线长327.5m。防渗墙厚0.4m，防渗墙面积9968.4m2。墙身采用掺粘土的普通混凝土，混凝土强度等级为80号，抗渗等级为W6，允许水力坡降大于60。防渗墙两端和底部采用灌浆进行接合处理，灌浆轴线沿坝轴线上游侧1.0m布置，桩号0+000.00～0+052.50为单排孔，孔距为2m，桩号0+310.00～0+403.00为单排孔，孔距1.5m。灌浆顶界线高程为1513.00m，灌浆底界伸入强风化层或相对不透水层地基，最低高程为1468.00m，灌浆最大深度45.0m，长145.50m，防渗标准为q≤10Lu。钻孔总进尺2773.1m，灌浆段长1295.6m。

3 施工造孔劈裂缝产生的过程

白云水库防渗墙采用钻劈法施工，以泥浆下直升导管法浇筑混凝土，I、II期槽孔接头采用套打一钻的钻凿法施工。Ⅰ期槽孔长7.5m，Ⅱ期槽孔长6.7m。在钻劈成槽过程中，同时用泵向槽内注浆，保持浆面不低于导墙顶面10cm。泥浆在槽孔内通过孔壁土体颗粒的孔隙渗入附近地层，达到孔壁的稳定。先期开槽的31号、19号、13号、9号，在进行主孔钻进时，首先发现在19号槽段9号孔、17号孔主孔钻进至11m孔深时，沿导向槽中间纵向开裂，相近正在钻进的31号、13号、9号也相继在钻进到不同孔深时，沿防渗墙轴线出现纵向裂缝，之后在短短一周时间内，裂缝逐步扩展，到2008年5月13日，从9号槽到33号槽段，纵向劈裂缝全部贯通，长度达到240余m，最宽缝为17mm（其开裂状况见下图）。

防渗墙施工过程中，进行槽孔浇筑时，往往由于上升速度过快，出现劈裂现象，往往采用缩短槽段长度的办法，就能避免该情况的发生。但白云水库在钻进少数几个主孔的情况下，就出现了如此长度和宽度的裂缝，是比较特殊的。此险情发生后，一方面督促施工单位积极采取工程措施防止裂缝进一步扩张，另一方面向上级及时作了会报，组织相关水利专家及设计监理单位对此现象进行研究、分析，制定处理措施。

造孔中的裂缝情况图

4 裂缝产生的原因分析

a.原坝体土本身质量问题。老坝体填筑质量较差，密实度不够，土体孔隙发育，压缩性较高，抗剪强度不均匀。白云水库是20世纪五六十年代修建的土坝，修建时受自然条件和当时施工技术条件的限制，施工质量得不到保证，主坝坝体由紫红杂褐色含砂岩、泥岩碎块粉土夹粘土等软岩构成。碎块含量为30%～40%，直径为1～2 cm。上部段（5m以上）土体大部处于干燥状态，呈硬塑至不可塑状，中下部段土体潮湿，多呈可塑状，据干容重指标显示，其碾压质量均未达到设计要求，由于坝体碾压质量较差，致使密实度不佳，造成土体孔隙发育（e=1.15～2.03），大部压缩性较大，致使土坝坝体出现渗漏险情，从而在造孔施工中，出现了劈裂现象。

b.坝顶施工外荷载的影响。坝顶受上覆压力的影响，施工机械的外荷载，特别是机械长时间的振动，影响了槽段的稳定。

c.混凝土浇筑速度、强度的影响。防渗墙施工成槽时间过长，混凝土浇筑速度、强度过大影响了槽段的稳定。

d.灌浆对坝体产生劈裂。在防渗墙工艺未大量用于病险水库防渗处理之前，白云水库土坝除险加固在地震后也采用帷幕灌浆的办法进行防渗处理处理，虽收到一定效果，但由于情况复杂，工程渗漏问题没有得到彻底解决，同时土坝灌浆，在坝体内形成的有效防渗体厚度较薄，耐久性差，易击穿，不可避免地会留下诸多薄弱环节。加之先前帷幕灌浆轴线与现在防渗墙轴线基本重合，在帷幕灌浆时，多个孔段曾有劈裂坝体的现象出现。从灌浆资料分析，土坝坝体灌浆注入量较大，可以说明，由于灌浆作用，在坝体内形成了一条连续的劈裂缝，虽然裂缝内充填了大量浆液，但土体被人为劈开，尚未愈合完好。这一点与防渗墙检查探坑揭露的情况是一致的。

由上所述，由于坝体土层松软、施工外荷载的影响，灌浆对坝体产生劈裂，致使在坝体只有少数槽段开槽的情况下形成一条连续的裂缝。

5 坝体裂缝预防与处理措施

5.1 预防措施

a.尽量缩短成槽时间，减少浇筑隔离长度，尽早浇筑，控制浇筑强度（浇筑上升速度控制在2.0m/h以内），可减少施工中裂缝的产生。

b.对已成槽段适时进行扰动，避免出现泥浆离析改变性能现象。

c.铺垫枕木前，压实地面，避免重型机械在槽孔附近通行，不在槽口两侧堆放重物，同时加密枕木，减少地表比压。

d.改善固壁泥浆性能，采用优质膨润土制浆，严格控制泥浆比重、粘度、静切力、泥饼厚度等技术参数，适当掺加增强浆液粘滞度的外加剂，同时在泥浆中加入重晶石粉，平衡地层压力。

5.2 处理措施

a.在裂缝末端设减压井，以约束裂缝的进一步发展。

b.沿裂缝下挖深1.0～2.0m、底宽0.5m左右的置换槽，回填粘土夯实。

c.缝面愈合不良时采用套管灌粘土水泥浆，控制灌浆压力不超过5N/cm2。

6 结语

混凝土防渗墙技术已广泛用于病险水库土石坝的防渗加固中，是一项较为成熟的工程技术。由于水利工程施工边界条件的复杂性，在土石坝防渗墙施工过程中坝体产生纵向裂缝，是常见的问题，如果因而造成防渗墙与坝体的分离，将影响到坝坡的稳定，对工程的安全运行将产生重大的安全隐患。本文对弥勒县白云水库除险加固坝体防渗墙工程施工中坝顶出现的裂缝进行了成因分析，提出了预防裂缝及处理措施，旨在提高工程施工质量，避免工程质量隐患，保证工程安全、可靠地运行。