水库坝体裂缝成因及修补处理

宋广强

（新疆喀什叶尔羌河勘测设计院 新疆莎车 844700）

近年来水资源供输成为社会关注的焦点，这关系着一个地区的现代化发展进程，并且对区域经济产业提供了诸多的资源条件。随着农村经济结构的优化升级，于偏远地区兴建水利设施有助于土地资源的开发利用，同时也为区域用水调控起到了推动作用。为了改变传统资源分配应用的不足，国家逐渐扩大了水利工程的投资额度，保障了地方水资源调配的高效运行。与此同时，面对不断出现病害问题的水工建筑物，地方也应当做好各类病害的处理工作。

1 兴建水库的作用

水利工程建设关系着地区经济事业的发展水平，以及对地方资源调度利用的综合效率，做好水库工程建设工作关系着社会现代化改造进程。继“十八大”之后，我国对水利工程项目给予了足够的重视，积极投资水利设施以满足地区用水控制的要求。根据水库的结构组成，我国兴建水库的作用如下：

（1）调度作用。按照不同的使用范围，水库面积大小不一，承当的水资源调度荷载也不一样。根据我国水利部门提供的最新标准，国内水库可分为大、中、小等三种不同类型，如表 1，每一种水库都有其特定的使用职能。比如，中小型水库常用于农田灌溉生产，为地区提供广阔的水调度作业平台，满足了地区用水改造的需求；大型水库多数用于工业发电，为电能生产与供应创建了更多的平台；这些都说明水库对水资源调度利用的价值。

表1 水库类型及其库容

（2）抗灾作用。水文地质灾害是自然界比较常见的现象，水灾害更是比较多发的灾害之一。大量水资源运动规律呈现异常状态时，不仅影响到了水调度控制的作业效率，也会对地区设施产生严重的危害性，这些都不利于地区规划与发展。兴建水库具有蓄水、排水等双向功能，可根据地区用水要求调控流经方向，避免水资源过度集中而产生的危害。例如，水库根据农田用水需求，及时排水以提供给农作物生长要求，从而保证了资源的可持续利用。

2 水库坝体病害成因分析

水库是水资源调度的集中蓄水区，借助水库功能设施实现了资源的可持续利用，摆脱了传统水调度作业模式的不足，影响到了整个区域的水分配效率。随着社会水资源调度范围的扩大化，水库坝体潜在结构病害也越来越多。据 2013年水利报告显示，国内大、中、小等三种级别水库均出现了不同程度的损坏现象，尤其是大型水库病害率达20%以上，中小型则在15%左右，这充分说明了现有水库险情的严峻局势。结合行业报告情况，本次分析了水库坝体主要类别及病害现象，总结了水库坝体病害的相关成因。

2.1 混凝土坝

这类坝体是采用混凝土结构为支撑，利用混凝土与钢筋材料之间的粘合性能，支撑着水库蓄水区内的受力体系，适用于大型水库建设。当前，水库混凝土坝主要分为重力坝、拱坝、支墩坝等形式，每一种坝体都要根据实际应用要求进行选择，才能实现坝体功能的最优化利用。比如，重力坝结合了坝体、基础层等两部分的摩擦力，承受水流产生的推动力，维持了水库的稳定性。从现场勘察情况分析，混凝土坝形成裂缝的原因比较明显，主要表现为蓄水区承载水量超出临界值，大量水资源蓄积对水库坝体产生了强烈的冲刷力，混凝土结构承载力达到极限值而出现裂缝。此外，水资源调度运行产生的瞬间性冲刷力，由于调度中水流量相对集中，瞬间破坏了坝体构造，这也是裂缝产生的主要原因。

2.2 土石坝

这类坝体是传统水库建设常用的形式，早期水利施工技术条件有限，对坝体结构未能掌握先进的工艺方案，破坏了坝体结构性能的牢固性。土石坝主要分为土坝、堆石坝、土石混合坝等，基本材料来源于普通的水泥、砂砾料等。正常情况下，土石坝适用于中小型水库建设，借助坝体、防渗体、排水体、护坡等构造，维持了水库系统调度的持久性，保障了水域资源得到合理调配。作为水库最早采用的坝体形式，土石坝在维持水资源调度中的作用得到认可，但其潜在的结构缺陷也同样显著。土石坝裂缝成因：一是材料问题，土石坝所用材料为传统建筑物料，筑造成形后坝体的承载力较弱，无法抵挡大流量水资源调控形成的冲刷力；二是结构问题，土石坝结构未按照区域的地质特点，设定的厚度、高度、位置等要素不合理，势必也导致了坝体裂缝的不断形成。

3 水库坝体裂缝处理的综合方法

伴随我国水利事业的快速发展，水库作为现代水利的主要枢纽之一，其承受的水资源调度压力越来越大。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。按照水库坝体形成的主要原因，施工单位需编制切实可行的病害处理方案，综合控制各类裂缝的危害范围，提升水库调度用水的工作效率。

3.1 开挖回填

施工简单，裂缝处理较彻底，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0.3m-0.5m，长度超出缝端 1m。现场人员要严格按照坝体裂缝成因执行处理方案，如图1，采取切实可行的数据控制模式，增强坝体抵抗开裂现象的能力。一般情况下，开挖回填处理可采用梯形台阶、十字形结合槽等方式。

（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。压实过程中要控制台阶的整体结构，防止压实力过大而损坏结构的稳定性，综合保证水库坝体层的牢固性。

（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 5m～6m，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。

3.2 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。充填灌浆处理裂缝病害，需根据现场作业条件及坝体结构分布，控制好灌浆操作的工艺流程，避免灌浆量超标而减弱坝体的牢固性能。

图1 裂缝开槽处理

3.3 裂缝灌浆

水库坝体承载着多方面的受力荷载，当各种受力指标超出临界值范围之后，坝体裂缝变化出现不同程度的变化，特别是裂缝深度会逐渐蔓延，进而对坝体内部结构产生破坏力。例如，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。裂缝灌浆技术应用要考虑坝体的病害程度，按照工程图纸要求执行施工对策，从而保证坝体结构承载性能达标，有足够条件抵抗裂缝的危害。

3.4 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，这样可以保证灌浆施工的最终效果。压力灌浆通常选用压力机械作为辅助装置，参照现场作业情况控制裂缝压灌的受力大小，从而实现了裂缝病害的整治与修补。对于大型水库坝体裂缝采用灌浆处理，应当科学地选择灌浆位置，分析坝体结构受力层次情况，编制一套完整的裂缝修补方式。

4 水库坝体日常维护措施

近年来，因工程设施老化，大部分水库存在防洪标准低、工程老化、坝基渗漏等诸多安全隐患，防洪能力达不到国家标准，不能正常蓄水兴利。其中，汛期时受强降雨影响，有的水库副坝出现坝体裂缝，坝坡存在滑坡隐患。为了改变水库坝体结构病害现状，水利部门要采取切实可行的病害处理方法，严格控制坝体裂缝造成的危害性，从而提升整个水库调度水资源的工作效率。日常维护过程中，值班人员要定期检查坝体结构是否完整、检查水库调度水工作数据、观测汛期水库结构状态等，严格防范外部荷载对坝体产生的破坏力。必要时可提前对坝体结构设置支撑结构，控制好坝体水工结构的受力程度，避免横向、纵向受力荷载超出临界值而引起结构性损坏。

5 结论

新时期我国增大了水库设施建设投资额度，为保障地区水资源调度发挥了重要作用。受多方面因素影响，水库坝体结构性能正面临着病害考验，裂缝对水库坝体造成的危害甚大，做好裂缝处理工作是不可缺少的。针对混凝土坝、土石坝等存在的裂缝问题，施工单位要根据现场勘查的具体情况，选择适当方法进行处理，保障水库在水资源调配方面发挥应有的功能。

1 赵允和. 从国内外使用水泥灌浆处理坝基渗漏的发展趋势略谈对我省水泥灌浆的看法[J]. 江西水利科技, 1988(01).

2 鲁成勃. 碾压混凝土坝坝体裂缝化学灌浆处理措施[J].科技信息, 2008(32).

3 杨晓东.水泥灌浆浆液运动及压力技术分析[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2009(04).

4 李树仁, 于厚文. 水泥灌浆和丙乳砂浆相结合处理底孔裂缝的技术措施[J]. 内蒙古水利, 2010(05).