土坝裂缝的预防和处理

段丽辉

【摘 要】尽管钢筋混凝土的使用已经越来越广泛，但是，土坝在水利工程中还是十分常见，由于土坝是由土料堆积而成的，因此水库蓄水以后土坝容易产生裂缝或渗漏。本文探讨了土坝裂缝的预防和处理。

【关键词】土坝；裂缝； 预防；处理

[文章编号]1619-2737（2016）05-18-561

【Abstract】Although the use of reinforced concrete has become increasingly widespread， but the dam in water conservancy project is still very common， because the dam is formed by the accumulation of soil material， so after impoundment dam prone to cracks or leaks. This paper discusses the prevention and management of dam cracks.

【Key words】Dam；Crack；Prevention；Treatment

尽管钢筋混凝土的使用已经越来越广泛，但是，土坝在水利工程中还是十分常见，由于土坝是由土料堆积而成且具有一定的透水性，因此水库蓄水以后土坝容易产生裂缝或渗漏，但是，如果裂缝过宽或者渗漏量过大，就会直接危及大坝的使用和安全。因此，对土坝裂缝、渗漏必须引起注意，及时采取措施进行处理。

土坝裂缝的成因主要是由于坝基承载力不均匀，坝体材料不一致，施工质量差，设计不够合理所致。土坝的裂缝，按照裂缝走向可分为横向裂缝、纵向裂缝、水平裂缝和龟纹裂缝。

土坝产生不同裂缝时，有关部门应该采取不同的预防措施。

1. 不同土坝裂缝的预防措施

1.1 龟纹裂缝的预防措施。

及时在竣工后的坝面上及时设砂性土保护层是预防龟纹裂缝的有效措施。此外，在施工期防止坝体填土龟裂也是很重要的。填筑中断时，应在填土表面铺松土保护层。对于已经出现的龟纹裂缝则应翻松重压，以免在坝体内留下隐患。

1.2 沉陷裂缝的预防措施。

坝体沉陷裂缝的预防应该同时从两方面着手：一方面是减少坝体和坝基的沉陷和不均匀沉陷；另一方面是提高坝体填土适应变形的能力，此外还可以采取必要的安全措施，以防止由于坝体裂缝而导致土坝出险。

1.2.1 减少坝体和坝基的沉陷和不均匀沉陷。

（1）造成沉陷裂缝的直接原因是坝体的不均匀沉陷，但是一般说来，沉陷越大，不均匀沉陷也越大，所以减少坝体和坝基的沉陷是预防沉陷裂缝的重要措施。对坝基中的软土层，应该优先考虑挖除。如果开挖困难，则可以考虑采用打砂井（对于软黏土层）或预先浸水（对于湿陷性黄土）等措施，使坝基土层事先沉陷。对于土坝坝体，根据土料特性和碾压条件，选择适宜的填筑标准之后，更重要的是在施工时必须严格控制填土质量。土坝裂缝中的很大一部分是由于填土质量差所引起的。

（2）为了减少坝体的不均匀沉陷还应该尽可能避免坝体高度的突变。与土质防渗体连接的岸坡的开挖应符合下列要求土岸坡应大致平，不应成台阶状、反坡或突然变坡，岸坡自上而下由缓坡变陡坡时，变换坡度宜小于20°；岩石岸坡不宜陡于1︰0.5，陡于此坡度时应有专门论证，并应采取相应工程措施；土质岸坡不宜陡于1：1.5。

（3）埋在土坝下面涵管的外墙壁面和溢洪道边墙（墩）与土坝相接触的壁面，都应该有一定坡度，这样不但可以减少坝体不均匀沉陷，而且有利于涵管和边（墩）与坝体的结合处理。必须强调，在施工中要保证填土的密实度均匀，防止因漏压、欠压而造成的局部松土层。上述这些措施对于减少坝体不均匀沉陷，防止发生裂缝是十分重要的。

1.2.2 提高坝体填土适应变形的能力。填土适应变形的能力，除了取决于它的矿物成分、颗粒组成外.还与填土的含水量和干容重有关。含水量的增加，对提高填土适应变形的能力有较显著的效果。但是，含水量过高就会使填土压实困难，沉陷增加。因此、控制坝体的填筑含水量、使之略高于塑限含水量，对于减少和防止出现裂缝来说是有效的。在可能发生裂缝而又难于检查发现的部位，如混凝土防渗墙或涵管的上部等处，可用塑性较好、适应变形能力较强的土料填筑。

1.2.3 必要的安全措施。土坝裂缝小，危险性最大的是横向裂缝和内部裂缝。为了防止因出现这些裂缝而导致土坝出险，需要采用一些必要的安全措施，如；在土坝与其他建筑物或岸坡接合处，适当加宽防渗体的厚度；采用刺墙、截水环或结合槽，以延长渗径，都是很有必要的。在可能发生裂缝的部位，应适当增加防渗体下游反滤层的厚度，以防止因反滤层破坏而导致土坝山险。

把土坝做成拱形，不但可以减少土坝的横向裂缝，而且可以保证土坝与岸坡良好的接合。

2. 土坝裂缝的处理

处理坝体裂缝首先应根据观测资料判断裂缝类型和部位、裂缝产生的原因，按不同情况进行处理。

非滑坡性裂缝处理方法主要有开挖回填、灌浆和两者结合等方法。开挖回填是处理裂缝最彻底的方法，适用于位置不深及防渗体面上的裂缝；灌浆法适用于裂缝较多或坝体内部裂缝的情况；开挖回填与灌浆相结合的方法适用于由表层延伸至坝体一定深度的裂缝。

2.1 开挖回填法。

（1）对于防渗体心墙顶部或斜墙表面的干缩裂缝在处理时需清除表土层，然后按原设计土料分层夯实，使其干容重达到设计要求；对于均质坝表面干裂且缝深小于0.5m的裂缝，只用泥浆封口，这类小缝浸水后可以自行闭合。

（2）贯穿性横向裂缝会顺缝漏水、有使坝体穿孔，造成溃坝的危险采用开挖回填，进行彻底处理。开挖回填法具体如下。

2.1.1 裂缝的开挖。

（1）为探清裂缝的范围和深度，在开挖前可先向缝内灌入少员石灰水，然后沿缝挖槽。缝的开挖长度应超过裂缝两瑞1m，深度超过裂缝尽头0.5m，开挖的坑槽底部的宽度至0.5m，边坡应满足稳定及新旧回填土结合的要求。坑槽开挖应做好安全防护工作，防止坑槽进水、土壤干裂或冻裂，挖出的土料要远离坑口堆放。

（2）对贯穿坝体的横向裂缝，开挖时顺缝抽槽，先挖成梯形或阶梯形（每阶以1.5 m高度为宜，回填时逐级消除阶梯，保持梯形断面），并沿裂缝方向每隔5～6m做一道结合槽.结合槽垂直裂缝方向，槽宽1.5～2.0m，并注意新老土结合，以免造成集中渗流。

2.1.2 处理方法。

（1）梯形楔入法。适用于裂缝不太深的非防渗部位，如图（a）所示。

（2）梯形加盖法。适用于裂缝不太深的防渗斜墙和均质土坝迎水坡的裂缝，如图（b）所示。

（3）梯形十字法。适用于处理坝体和坝端的横向裂缝，如图（c）所示。

2.1.3 土料的回填。

（1）回填的土料要符合坝体土料的设计要求。对沉陷裂缝要选择塑性较大的土料，含水量大于最优含水量的1%～2%。回填前，如果坝土料偏干，则应将表面湿润，土体过湿或冰冻.则应清除后再进行回填，便于新老土的结合。回填时应分层夯实，土层厚度以0.1～0.2m为宜。要特别注意坑槽边角处的夯实质量，要求压实厚度为填上厚度的2/3。回填后，坝顶或坝坡应覆盖30～250 cm的砂性土保护层。

（2）对于缝宽大干1cm，缝深超过2m的纵向裂缝亦需开挖回填处理。但应注意，如缝是出于不均匀沉降引起，当坝体继续产生不均匀沉降时，应先把缝的位置记录下来，采用泥浆封口的临时措施，待沉降趋于稳定时，再开挖处理，因为这类缝在开挖回填处理中还会被破坏，故应采取必要的安全措施以防人身安全事故发生。当挖槽工作量大时，可采用打井机具沿缝挖井。小型土坝采用此方法比较切实可行，井的直径一般为120 cm，两个并圈搭接30 cm，在具体施工中应先打单数井，回填坝体；之后打双数井，分层夯实。

2.2 充填灌浆。

充填酒浆法就是在裂缝部位用较低压力或浆液自重把浆液灌入坝体内，充填密实裂缝和孔隙，以达到加固坝体的目的。

2.2.1 孔序布置。

灌浆前应首先对裂缝的分布、深度及范围进行调查和探测，调查了解坝体施工时坝体填筑质量，以及蓄水后坝体的渗漏及裂缝状况和发展过程。对于表层裂缝，通常在每条主缝上均需布孔，该孔应布置在长裂缝的两端、转弯处、缝宽突变处、裂缝密集处及各缝交汇处。但应注意，灌浆孔不宜靠近防渗斜墙、反滤体和排水设施，以及测压管的滤水管段，要保持足够的安全距离（通常不小于3m），以防浆液填塞及串浆发生，使排、滤水设施不能正常工作。在用灌浆法处理内部裂缝时，要根据裂缝大小、分布范围及灌浆压力大小而定。一般采用灌浆帐幕式布孔，即在坝顶上游布置1～2排，7L距由疏到密，最终孔距以l～3m为宜，孔深应超过缝深1～2m。

2.2.2 灌浆压力。

（1）灌浆压力是保证灌浆效果的关键。灌浆压力越大，浆液扩散半径也越大，可减少灌浆孔数，并能将细小裂缝充填密实，同时浆液易析水，灌浆质量好。但是，如果压力过大，也往往引起冒浆飞串浆，裂缝扩展并产生新的裂缝，造成滑坡或击穿坝壳、堵塞反滤层和排水设施，甚至人为地造成贯穿上、下游的集中漏水通道，威胁上坝安全。因此，灌浆压力的选择应在保证坝体安全的前提下，通过试验确定，一般灌浆管上端孔口压力采用0.05～0.3MP；施灌时灌浆压力必须由小到大，逐步增加，不得突然增大，灌浆过程中，应维持压力稳定，波动范围不得超过5%。同时.采用的最大灌浆压力不得超过灌浆孔段以上的土体重量。允许最大灌浆压力可按下式估算。

p=KγH

式中：P为允许最大灌浆压力，KPa；K为系数，对砂质土取0.1，壤土取0.15，黏土取0.2； γ为灌浆孔段以上土层容重，可采用14～16KN/m3；H为灌浆孔段埋藏深度，m。

（2）在实际工作中，灌浆压力要逐步增加。每次增加压力以前，必须争取在该压力下达到吃浆量0.5L/mm左右，至少持续10min。灌浆压力可用灌浆机（泥浆泵）或重力法取得。采用重力灌浆时，泥浆桶可以放置在附近山头或在坝顶搭架，但应保证浆捅的泥浆面至灌浆管入口的高差不小于10m。采用灌桨法处理裂缝时，港桨压力常需进行现场试验。“长时低压”灌浆，一方面可保证浆液在缝中的充填效果；另一方面又不使裂缝因压力过大而展开。许多单位通过灌浆实践，提出来用低压灌浆的观点，建议孔口压力控制在0.05MPa左右。为了保证低压灌浆的效果，可以在浆液中加入适量的水玻璃，改善桨液的流动性。

2.2.3 灌浆浆液。

灌浆浆液一般采用人工制浆，对于灌浆量大的工程，也可采用机械制浆。对浆液要求流动性好，使其能灌入裂缝；析水性好，使浆液进入裂缝后，能较快地排水固结；收缩性好，使浆液析水后与土坝结合密实。常用的浆液有纯黏土浆和水泥黏土浆两种。

2.2.3.1 纯黏土浆。

（1）多用于浸润线以上坝体裂缝的充填，如用于浸润线以下时，长时间不易凝固，不能发挥灌浆的效果。其用黏性土作材料，一般黏粒含量在20%～45%为宜。如黏粒过多，土料黏性过大，浆液析水慢，凝固时间长，影响灌浆效果。浆液的浓度，在保持浆液对裂缝具有足够的充填能力条件下，稠度越大越好，根据试验， 一般采用水土重量比为1︰1～1︰2.5），泥浆的比重一般控制在1.45～1.7。

（2）为了改善泥浆的黏度和增加浆液的流动性，增强灌浆后的初期强度和加快泥浆的初凝时间，驱赶和毒杀危害堤坝安全的小动物（如白蚁、猪等），有时需添加一定量的附加剂。目前，我国普遍采用渗入化学药剂，如水玻璃、杀虫剂，如可在浆液中渗入1%～3%干料重的硅酸钢（水玻璃）。

2.2.3.2 水泥黏土浆。

（1）其为土料和一定比例的水泥混合搅制而成。存土料中掺入10%～30%土料重的水泥后，浆液析水性好，可促使浆液及早凝固发探效果。注意水泥核和员不能过大，否则浆液凝固后不能适应土坝变形而开裂。

（2）水泥黏土浆灌入坝体裂缝后会很快初凝，可用在浸润线以下坝体裂缝的充填。但混合浆会因水体滤失及体积收缩而浆面下沉，并导致固结后浆体中产生细小水平缝。水泥黏土浆固结后其密度比纯泥浆小，且与坝体结合情况不如纯泥浆好，故灌桨法处理裂缝时较少采用，而主要用于坝身与刚性建筑物接触部位以及堵塞漏洞。

2.2.4 灌浆与封孔。

（1）灌浆时应采用“由外向里，分序灌浆”和“由稀到稠，少灌多复”的方式进行。采用少灌多复可以使浆体形成疏密相间和颗粒粗细相间的木纹状构造，提高充填密实及防渗效果。第一次潜入的浆液，泥浆向坝体排水固结时，纫粒的流动性大.随水挟带渗入坝体孔隙，其结果即在缝内及侧壁形成固结的由胶体黏粒组成的透水性小及微密的薄黏土层。第二次灌浆时.泥浆又从尚未固结的原泥浆浆脉中冲出，形成第二次黏粒向侧壁运动，在缝内细粒向第一次堵缝的粗颗粒渗吸，细粒在析水过程中形成两性胶状的弱透水带并进而形成疏密相间的木纹状浆脉，这对防溶极为有利。

（2）存设计压力下，灌浆孔段经连续3次复灌，不再吸浆时，灌浆即可结束。在浆液初凝后（一般为12h）可进行封孔，封孔时，先应扫孔到底，分层填入直径2～3cm的干黏土泥球，每层厚度一般为0.5～1.0m，然后捣实。均质土坝可向孔内灌注浓泥浆或灌注最优含水量的制浆上料捣实。

2.2.5 灌浆时应注意的几个问题

在雨季及库水位较高时，由于泥浆不易固结，一般不宜进行灌浆；灌浆工作必须连续进行，若中途必须停灌，应及时洗清灌孔，并尽可能在l～2h内恢复灌浆；灌浆时应密切注意坝坡的稳定及其他异常现象，发现突然变化应立即停止灌浆，分析原因后采取相应处理措施；灌浆结束后10～l5d，对吃浆量较大的孔应进行一次复灌，以充填上层浆液齐凝固过程中因收缩而脱离坝体所产生的空隙。

参考文献

[1] 俞衍生. 中国水利百科全书﹒水利管理分册. 北京：中国水利水电出版社，2004.

[2] 陈良堤. 水利上程管理. 北京：中国水利水电出版让，2006.