【摘 要】土壩是現(xiàn)今應(yīng)用非常廣泛的擋水建筑物，建筑取材較為方便，土石壩地基的裂縫控制是保證土石壩安全使用的重要條件。通過論述地基處理和裂縫成因及控制等方面，為水利工作者提供技術(shù)參考。

　　【關(guān)鍵詞】土石壩 地基處理 裂縫 成因 控制

　　土石壩是利用當(dāng)?shù)赝亮�、砂礫、卵礫石渣、石料等建筑而成。按施工方法不同可以分為碾壓式土石壩、水中填土石壩和水力沖填壩，現(xiàn)代土石壩多由碾壓而成。按筑壩材料、壩內(nèi)的配置又可分為均質(zhì)土壩、分區(qū)壩和人工防滲材料壩。土石壩設(shè)計的總體要求是，大壩在正常和非正常工作條件的荷載組合條件下，必須保證完成它能長期安全運(yùn)用和充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，滿足穩(wěn)定變形、滲流以及規(guī)定的超高等要求。因此，對土石壩的地基處理與裂縫控制不容忽視。

　　一、土石壩的地基處理

　　土石壩的底面積大，壩基應(yīng)力較小，壩體具有一定的適應(yīng)變形的能力，壩體斷面分區(qū)和材料的選擇也具有靈活性。因此，土石壩對天然地基在強(qiáng)度和變形方面的要求以及處理措施、應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)等，均可比混凝土壩相對較低，但防滲要求上則與混凝土壩基本相同。土石壩對不同的地基有不同的處理方法，著重對土石壩地基處理與軟土地基處理的方法作以介紹。

　　1、砂卵石地基處理

　　許多土石壩建在砂卵石地基上，對于砂卵石地基的處理主要是解決滲流控制問題。處理的主要措施有垂直防滲措施、水平防滲措施和下游排水設(shè)施及蓋垂等，垂直防滲措施可有效地截斷壩基滲流，在技術(shù)條件許可且較經(jīng)濟(jì)合理時，應(yīng)優(yōu)先采用。

　　(1)垂直防滲設(shè)施。垂直防滲設(shè)施包括黏性土截水槽、混凝土防滲墻和灌漿帷幕等。

　　a、黏性土截水槽。當(dāng)壩基砂礫石層深度不大時，可開挖深槽直達(dá)不透水層或基巖，槽內(nèi)回填黏性土，與壩內(nèi)防滲體連成整體，稱之為截水槽。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、防滲效果好、應(yīng)用較廣，適用于砂礫石層深度在 15m 以內(nèi)，最大深度一般不超過 20m。截水槽底寬根據(jù)回填土的容許滲透坡降及施工條件而定。為防止截水墻與基巖間可能出現(xiàn)的集中滲流，常在基巖上設(shè)置混凝土齒墻或墊座，必要時還需要進(jìn)行灌漿。

　　b、混凝土防滲墻。當(dāng)壩基砂礫石層較深時，采用混凝土防滲墻是經(jīng)濟(jì)而又有效的防滲措施。施工時用沖擊鉆分段在土層中造成圓孔或槽形孔，以泥漿固壁，然后在槽孔內(nèi)澆筑混凝土，最后連成整體，形成混凝土防滲墻。墻底嵌入弱風(fēng)化基石，深度不少于 0.5～1.0m，墻頂插入防滲體內(nèi)的深度 1/10 壩高。墻厚一般為 0.6～1.3m，多采用 0.8m 左右�；炷�土防滲墻一般適用砂礫石層深度在 80m 以內(nèi)的情況。

　　c、灌漿帷幕。當(dāng)砂礫石層深度很大時，可采用灌漿的方法進(jìn)行防滲處理。也可在土層采用黏土截水槽或混凝土防滲墻，下部采用灌漿帷幕。砂礫石地基是否適合于灌漿，取決于它的可灌性，其可灌性可根據(jù)砂礫料的性質(zhì)和級配，用可灌比和滲透系數(shù)來判別。根據(jù)反濾原理，一般認(rèn)為 M<5時，可灌性很小;M=5~10 時，可灌性差;M>10 時，可灌水泥黏土漿;M>15 時，可灌水泥漿。滲透系數(shù) K>40m/d，可灌水泥黏土漿;K>80m/d 時，可灌水泥漿。當(dāng)可灌性不好時，可考慮采用化學(xué)灌漿。砂礫層的帷幕灌漿大多采用水泥黏土漿，它不僅耗費(fèi)水泥量少，比較經(jīng)濟(jì)，而且還有漿液性能好、不易深沉、防滲效果好等優(yōu)點。帷幕的厚度按容許坡降確定，而帷幕厚度 T=H/J(H 為最大設(shè)計水頭，J 為帷幕容許坡降)，對于水泥黏土漿，帷幕的滲透坡降可采用 3～4。

　　(2)水平防滲鋪蓋。防滲鋪蓋是一種水平防滲設(shè)備，可由斜墻、心墻等防滲體或均質(zhì)壩體向上游水平延伸而成。其結(jié)構(gòu)簡單，防滲可靠，造價較低廉。鋪蓋通常采用黏性土料鋪筑，也可以采用土工膜作鋪蓋，鋪蓋不能完全截斷滲流，但能增加滲徑，可將壩基滲透坡降和滲流量控制在容許范圍內(nèi)。當(dāng)河床透水層很厚時，采用垂直防滲設(shè)施有困難時，可以考慮采用鋪蓋防滲，有時還可以利用天然透水地基中的 1層不透水層作鋪蓋。如果地基是滲透性很大的礫石層或滲透穩(wěn)定性很差的粉細(xì)砂，不宜采用鋪蓋。鋪蓋的滲透系數(shù)應(yīng)小于 1×10-5cm/s，并至少比地基滲透系數(shù)小 100 倍，鋪蓋長度應(yīng)根據(jù)地基特性和防滲需要由計算確定，一般為 4～6 倍水頭，鋪蓋厚度由土料的容許滲透坡降而定，由上游端向下游端逐漸加厚。上游端最小厚度可以取 0.5～1.0m，鋪蓋頂面要有保護(hù)層，以防蓄水發(fā)生干裂及運(yùn)用期間的波浪作用和水流沖刷而導(dǎo)致破壞。

　　(3)排水減壓等措施。一般而言，當(dāng)壩下游表層土較薄時，可開挖排水溝深入到下部透水層、排水溝底和邊坡設(shè)反濾層;當(dāng)表層土較厚或深部有強(qiáng)透水層時，設(shè)排水減壓井比較有效，有時也可采取減壓井加蓋的方法。蓋一般采用透水料，蓋重與被保護(hù)土之間應(yīng)設(shè)反濾層。

　　2、軟土地基處理

　　(1)淤泥層地基處理。淤泥夾層天然含水量大、容量小、抗剪強(qiáng)度低、承截力小。當(dāng)分布范圍不大，埋藏較淺時，一般應(yīng)全部挖除;當(dāng)埋藏較深，分布范圍較廣時，常采用壓重法或采用砂井加速排水固結(jié)。

　　(2)細(xì)砂地基處理。均勻飽和細(xì)砂地基在地震或其他突然荷載作用下易于液化，常采取措施加以處理。當(dāng)厚度不大且接近地面時，可考慮將其挖除。若砂層較厚可用上下層截水墻或板樁加以封閉，但此法不夠經(jīng)濟(jì)。當(dāng)砂層很厚時，可在壩址附近設(shè)砂井，降低砂層承壓水頭以防液化。用振沖器法加固地基，防止液化也有較優(yōu)的效果。

　　(3)軟黏土和黃土地基處理。軟黏土層較薄時，一般全部挖除，當(dāng)土層較厚時，可用砂換法、振沖器法，或在壩基中設(shè)排水砂井加速軟土固結(jié)，提高承載力。

　　二、土壩的裂縫成因及控制

　　1、裂縫成因

　　由于土石壩的不均勻沉降、地基處理不當(dāng)、設(shè)計和施工過程中的問題，使土石壩產(chǎn)生形態(tài)各異的裂縫，大致可以分為以下幾類。

　　(1)變形裂縫。它是由于壩的不均勻沉降所引起的，是破壞壩體完整性的主要裂縫，危害性較大。根據(jù)裂縫的走向和位置，又分為3種：一是縱向裂縫�？p的走向與壩軸線平行，主要出現(xiàn)在壩頂，有時出現(xiàn)于壩坡或壩體內(nèi)部。這是由于壩體或壩基各部位沿橫向的不均勻沉降所引起的。二是橫向裂縫。裂縫的走向與壩軸線垂直，這是由于壩體沿壩軸線方向不均勻沉降所引起的，多出現(xiàn)于壩體或岸坡接頭處。三是水平裂縫。水平裂縫多出現(xiàn)在較薄的心墻壩中。

　　(2)干縮和凍融裂縫。它是黏土表面由于失水和凍融而產(chǎn)生的裂縫，呈龜裂狀，縱橫交錯，但深度不大，一般從幾厘米到 1m。縫寬常小于1cm，而且上寬下窄，在淺層處逐漸尖滅，所以這種裂縫一般對土壩的危害性不大。

　　(3)滑坡裂縫。它是壩坡失穩(wěn)以前產(chǎn)生的裂縫。它不是一般的變形縫，而是因滑移土體開始發(fā)生位移而出現(xiàn)的裂縫。這種縫多發(fā)生在滑坡頂部，在平面上是成形，方向大致與壩軸線平行。滑坡下部隆起處，也可能出現(xiàn)一些細(xì)小的裂縫，這種裂縫是滑坡的前兆。

　　(4)水力甓裂縫。它是由于水壓力所引起的水平或垂直裂縫，水力劈裂縫多發(fā)生在水庫多次蓄水時，危害性很大。

　　2、土石壩裂縫的控制

　　控制土石壩裂縫的途徑，首先是要合理地計算壩體應(yīng)力和壓力的大少及分布，根據(jù)試驗測定的土體強(qiáng)度特性，分析和估計壩體可能產(chǎn)生裂縫的危險部位、裂縫的性質(zhì)以及裂縫的幾何參數(shù)，據(jù)此采取相應(yīng)的地基處理措施;合理地設(shè)計土石壩剖面和細(xì)部結(jié)構(gòu);選擇適宜的土料并采用合理的設(shè)計參數(shù);嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，明確運(yùn)行管理上的要求，并精心進(jìn)行管理等。

　　土石壩一旦出現(xiàn)裂縫，應(yīng)及時查明性狀進(jìn)行處理。如處理不當(dāng)或不及時，常會造成壩的失事。國內(nèi)外處理土石壩裂縫常采用挖除回填和灌漿的方法。

　　(1)挖除回填。此法簡單可行，比較徹底可靠，對縱向、橫向裂縫均可使用。對于表面干縮或凍融裂縫，因深度不大可不必挖除，可用砂土填塞，再用低塑黏土封填夯實，以防雨水滲入沖蝕。深度不大的裂縫可按干縮縫處理，也可挖除裂縫部位土體，回填稍高于最優(yōu)含水率的土料，嚴(yán)格分層夯實，并采用灑水刨毛等措施，以保證新老土體結(jié)合良好。

　　(2)灌漿處理。當(dāng)裂縫位于深部或延伸至深部時，常用黏土漿或黏土水泥漿處理。淺層縫可用自流式灌漿，深層縫應(yīng)采用低壓灌漿，以防產(chǎn)生水力劈裂。

　　當(dāng)裂縫嚴(yán)重不能用上述方法處理時，可采用泥凝土或黏土防滲墻，從壩頂開始，直達(dá)基巖。對于滑坡裂縫，應(yīng)采用反壓蓋重，加強(qiáng)排水及至放緩壩坡等措施。

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