土石壩裂縫成因分析

土石壩裂縫成因分析

土石水庫是世界上最常見、發(fā)展最快的水庫類型。由于它成本低、建設(shè)速度快，能夠適應(yīng)各種地形、地質(zhì)和氣候條件，土石水庫在中國得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。但是由于設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)?shù)戎T多原因,我國現(xiàn)有的一些水庫工程存在著不同程度的質(zhì)量問題,這些工程威脅著廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1裂縫體表面裂縫主要分為3個(gè)裂縫土石壩壩體按裂縫產(chǎn)生的原因可分為不均勻沉降裂縫、滑坡裂縫、干縮裂縫、凍融裂縫以及水力劈裂裂縫。反映在壩體上可表現(xiàn)為縱向裂縫、橫向裂縫、不規(guī)則裂縫以及內(nèi)外部裂縫等。1.1不均勻沉降和裂縫在所有各種裂縫類型中,以不均勻沉降裂縫占的比重大,在壩體上表現(xiàn)為橫向裂縫、縱向裂縫、內(nèi)部裂縫。1.1.1裂縫成因的分析貫穿上下游的橫向裂縫危害較大,它是集中滲漏的隱蔽通道,如果搶救不及時(shí),有可能危及大壩安全。橫向裂縫產(chǎn)生的原因:一是壩體和岸坡或剛性建筑物結(jié)合不好,碾壓不密實(shí),產(chǎn)生不均勻沉降,致使該區(qū)域的拉應(yīng)變超過土體的極限拉應(yīng)變,從而產(chǎn)生橫向裂縫;二是當(dāng)壩體內(nèi)埋設(shè)較大直徑的輸水建筑物,建筑物頂部與兩側(cè)的壩體填土高度不同,則可能會(huì)產(chǎn)生較大的沉陷差,致使在相應(yīng)部位的壩頂產(chǎn)生裂縫;三是壩基局部有壓縮性大的土層,受荷載后,壓縮性較大,致使壩體產(chǎn)生不均勻沉降裂縫;四是壩體分段施工時(shí),各壩段結(jié)合處坡度太陡、填筑高差太大、碾壓密實(shí)程度不同,而產(chǎn)生不均勻沉降裂縫。1.1.2壩安全危險(xiǎn)點(diǎn)縱向裂縫多出現(xiàn)在壩頂或上游壩肩附近。斜墻、心墻或多種土質(zhì)壩,主要出現(xiàn)在防滲體與壩殼的結(jié)合部位附近?？v向裂縫一般不會(huì)引起防滲體的滲漏,對(duì)大壩安全不會(huì)帶來很大的危險(xiǎn)?？v向裂縫產(chǎn)生的原因:一是壩體分區(qū)分塊施工的縱向結(jié)合面的坡度過陡,或壩身上下游碾壓不均勻,或各分塊施工進(jìn)度不一致,填筑高差大,土料性質(zhì)有差異,當(dāng)水庫初次蓄水時(shí),上游壩殼濕陷引起裂縫;二是在心墻壩、多種土質(zhì)壩中,若碾壓較差,在荷載作用下心墻土料的固結(jié)比較慢,壩殼土料的沉降速度比心墻快,在壩頂部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生裂縫,斜墻壩的土料如壓實(shí)不足,上部和下部沉降不均勻,都可使斜墻斷裂,形成縱向裂縫。1.1.3要重視道德教育的重要性土石壩內(nèi)部裂縫很難從壩體表面跡象判斷出來。如果裂縫不是沿滲流方向呈貫通性的,一般不會(huì)造成防滲體破壞,對(duì)大壩安全沒有大的影響。但是如果裂縫貫穿上下游,形成漏水通道,則危害性極大,因此必須予以重視,要認(rèn)真仔細(xì)地觀測(cè)。內(nèi)部裂縫產(chǎn)生的原因:一是采用壓縮性較大的黏土填筑的窄心墻,因?yàn)槠湫膲Φ膲嚎s性比上下游兩側(cè)壩殼砂礫料大,當(dāng)心墻下部沉降,而其上部則可能擠在上游壩殼之間,由剪應(yīng)力和拱的作用被傳遞到壩殼,以致將心墻拉裂,形成內(nèi)部裂縫;二是壩體內(nèi)部剛性建筑物的壓縮性比其周圍河床沖積層或壩體填土小得多,就會(huì)產(chǎn)生不均勻沉陷,導(dǎo)致壩體與剛性建筑物相鄰部位開裂;三是由于壩基局部有高壓縮性土層,其沉陷量過大,使壩體底部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)變,而引起內(nèi)部裂縫。1.2滑坡裂縫成因滑坡裂縫反映在壩體上一般表現(xiàn)為縱向裂縫,即走向大體與壩軸線平行,在壩頂和壩坡上均可能發(fā)生?；铝芽p產(chǎn)生的原因:壩基或壩體有軟黏土層;壩基壩體防滲措施不合理或防滲措施失效,致使壩體浸潤線抬高,孔隙水壓力增大;施工速度快,孔隙水壓力未能及時(shí)消散等原因造成土體抗剪強(qiáng)度降低,以及在水庫運(yùn)行中,若庫水位下降較快,壩坡土體排水較慢,形成較大的反向滲透力。1.3氣候的影響干縮裂縫和凍融裂縫只發(fā)生在填土表面,裂縫細(xì)而淺,它的產(chǎn)生主要受氣候的影響。當(dāng)壩體土料含黏粒量較高,含水量較大,在施工期間,壩面保護(hù)層或護(hù)坡墊層未能及時(shí)跟上,壩面碾壓后暴露時(shí)間過長,若天氣炎熱或寒冷,表面土層含水量就會(huì)迅速蒸發(fā)或土層迅速凍結(jié)而產(chǎn)生裂縫。1.4心墻內(nèi)鉛直向壓力水力劈裂裂縫是薄心墻壩容易產(chǎn)生的裂縫,因?yàn)樾膲Φ膲嚎s量大,而又受到壩殼的拱作用不能正常壓縮,致使心墻中的鉛直向壓力因壩殼的拱作用而減小到小于庫水壓力。因此,水庫蓄水后心墻中就會(huì)產(chǎn)生貫通上下游的水平裂縫。由于裂縫是水壓力產(chǎn)生的,裂縫的產(chǎn)生和水壓力的增加呈同步,因而多伴隨著心墻的滲透破壞,對(duì)大壩的安全威脅很大。2砂壩裂縫防治為了防止土石壩產(chǎn)生裂縫,應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理這些根本措施,嚴(yán)格執(zhí)行土石壩設(shè)計(jì)、施工、管理運(yùn)行等規(guī)范、規(guī)程。2.1壩坡、壩身及壩身土料的選擇一是要重視壩基處理。對(duì)不利的岸坡地形、軟弱、高壓縮性、易液化的壩基土層,均應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行必要的處理,以避免過大的不均勻沉降以及水力劈裂沖蝕。二是壩坡不能過陡。要通過各種工況的穩(wěn)定計(jì)算來確定壩坡。三是壩身土料的選擇。對(duì)于防滲體而言,要針對(duì)不同類型的防滲體,以及防滲體的不同部位選用不同的土料。壩殼料要采用粒粗質(zhì)堅(jiān)、易于壓實(shí)的砂礫、卵石、堆石,盡量減小其中細(xì)粒及泥質(zhì)含量。四是采用黏土心墻、斜墻或混合材料的壩型,為了避免不同材料不均勻沉陷造成的裂縫,應(yīng)從壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮,在不同材料中間必須設(shè)置過渡帶,以減少相鄰兩種材料的沉陷差。2.2壩體施工應(yīng)提前設(shè)定在壩體中下部宜提高壓實(shí)度,減小壓縮性;河槽壩段中、上部的壓實(shí)度也宜比兩岸壩段稍高;兩岸壩肩等易開裂區(qū)的防滲體宜填筑柔性較大,適應(yīng)變形能力較強(qiáng)的塑性土。心墻、斜墻上部,或易于開裂的部位,其填筑速度可適當(dāng)放緩,以使下部壩體有比較充分的時(shí)間達(dá)到預(yù)期的沉降量。當(dāng)上游壩殼料易于濕陷時(shí),宜邊填筑邊蓄水。心墻壩的心墻、過渡段和壩殼三者上升的高度不宜相差懸殊。斜墻壩的下游壩殼則宜提前填筑,使沉降早日完成。在冬季填筑壩體時(shí),防止大量?jī)鐾翂K填入壩體。已填筑壓實(shí)的壩體應(yīng)避免土層凍結(jié),特別是在心墻和斜墻部位,如填土已凍結(jié)則必須挖除,在填筑的土料中嚴(yán)禁夾有冰雪。嚴(yán)格控制碾壓質(zhì)量和土料含水量。壩體碾壓時(shí),不要漏壓,防止沉陷量加大;不要過壓,避免土層產(chǎn)生剪切破壞,不利于壩坡穩(wěn)定。土料含水量較大則不宜壓實(shí),抗剪強(qiáng)度降低,容易產(chǎn)生裂縫,甚至滑坡。水中倒土壩填筑期間,應(yīng)密切觀測(cè)孔隙水壓力的消散情況,校核壩坡的穩(wěn)定。如孔隙水壓力消散較慢,應(yīng)減緩填筑速度。如已發(fā)現(xiàn)壩面有裂縫或壩腳有隆起現(xiàn)象時(shí),應(yīng)及時(shí)停止填筑,查明原因,進(jìn)行處理后,再根據(jù)具體情況,控制填筑速度。為防止干縮和凍融裂縫,在壩體施工過程中,應(yīng)隨時(shí)做好黏土的保護(hù)層,既可防止土料含水量迅速蒸發(fā),又可避免越冬時(shí)土層凍結(jié)。運(yùn)行期,特別是初次蓄水時(shí),水位的升降速度不宜過快,以免壩體各部位的變形來不及調(diào)整,互不協(xié)調(diào),產(chǎn)生高應(yīng)力,同時(shí)避免出現(xiàn)水力劈裂。壩面上不得堆存大量料物,特別是上下游馬道上,以免造成裂縫滑坡。3壩體裂縫處理土石壩裂縫的處理,一般規(guī)定:縱向裂縫寬大度小于1cm,深度小于1m的較短縱縫,只要不與橫縫聯(lián)通,在防滲上無問題,且對(duì)壩體整體性和橫斷面?zhèn)髁τ绊懸膊淮?可以不必翻修,但要進(jìn)行封閉,以防止雨水侵入,減小土體的抗剪強(qiáng)度。對(duì)裂縫寬度大于1cm,縫深大于1m的縱向裂縫,破壞了壩體橫斷面的整體穩(wěn)定性和增加局部斷面內(nèi)部應(yīng)力,且縫內(nèi)浸入雨水,降低土體抗剪強(qiáng)度,對(duì)壩坡穩(wěn)定不利,則應(yīng)進(jìn)行處理。橫向和內(nèi)部裂縫在滲漏上危害很大,對(duì)壩體整體性也有較大影響,因此無論裂縫大小均應(yīng)進(jìn)行處理。對(duì)裂縫的處理,要先查明其性狀,分析其原因,根據(jù)其危害程度,分別采取不同的處理措施。對(duì)于表面裂縫,先用砂土填塞,再以低塑性黏