水库防洪堤施工技术

韦成辉

（广西海河水利建设有限责任公司一分公司，广西 南宁 530022）

水库防洪堤施工技术

韦成辉

（广西海河水利建设有限责任公司一分公司，广西 南宁 530022）

水库、水坝、河堤的安全问题很重要，出现问题如不及时解决往往会造成重大事故。文章采用适当更新措施，使各项工程设施延长使用年限，发挥最大的效益。

水库；水坝；河堤除险

拦截水流、抬高水位的水工建筑物，称为水电站的挡水建筑物。它有堰、坝和闸等坝又可分为土坝、土石坝、堆石坝、浆砌石坝、混凝土坝等各种坝型。现将土坝和浆砌石坝叙述如下：

（一）观测工作

1.裂缝观测。土坝有各种裂缝，从位置上分：有表面裂缝、内部裂缝；从走向上分：有横向裂缝、水平裂缝、龟纹裂缝；从成因上分：有沉陷裂缝、滑坡裂缝、于缩裂缝，振动裂缝、冰冻裂缝等。当发生裂缝后，应立即观察位置，记录情况。对于平行于坝轴线的裂缝，观察其有无滑坡的迹象；对于垂直于坝轴线的裂缝，应注意是否形成贯穿上、下游的漏水通道同时应妥加保护，防止雨水流人和动物践踏。裂缝宽度可直接用钢尺测量。深度可用钻孔取样的方法观测，认真记录裂缝的位置、走向、长度、宽度和深度。最后应绘制出裂缝分布图，以供分析和采取措施之用。

2.渗透观测。土坝的渗漏按部位分：有坝体、坝基、接触和绕坝 4种；按渗漏现象分。白散浸、集中两种。坝体浸润线的变化，坝基渗水压力，绕坝渗流以及渗流量的变化等都是观测的项日 为了解上坝浸润线的位置变化，掌握土坝在运用期间的渗透情况。应在坝体中埋设测压管，进行浸润线观测，如图1所示。

图1 土坝测压管布置示意图

在坝体中布置测压管时，应选定数个有代表性的断面，每个断面内的测压管不应少于 3根，并应布置在横断面的中部和下游部分，应使观测结果能够说明铺盖、斜墙、排水设备的工作情况，并能绘出浸润线。

绕坝渗流是由于土坝与岸坡连接不好或岸坡过陡产生裂缝，或岸坡中有强透水间层，这样就可能发生集中渗流，造成渗流变形，影响坝体安全。绕坝渗流观测是为了了解坝头与岸坡接触处的渗流变化情况，判明这些部位的防渗与排水效果。绕坝渗流的观测也是在坝、岸连接轮廓线等处，埋设测压管，观测成果要以能绘出绕流的水位线为原则。

水库蓄水后，不仅坝体发生渗流现象，坝基同样产生渗流。土坝坝基渗水压力的观测，为的是了解坝基渗透层和相对不透水层中渗流沿程的压力分布情况，借以分析坝的防渗和排水设备的作用，估算坝基中实际的水力坡降，推测潜水是否可能形成管涌、流土、接触冲刷等破坏作用。坝基渗水压力的观测，也是在坝基埋设测压管进行观测，其位置根据地基土层、排水的设施、形式以及可能发生渗透变形的部位而定。

在渗流处于稳定状态时，其渗流量将与水头的大小保持稳定的相应变化，渗流量在同样水头情况下的显著增加和减少，都意味着渗流稳定的破坏。显著增加，有可能在坝体或坝基发生管涌或集中渗流通道；显著减少，可能是排水体堵塞的反映。一般正常情况，由于坝前的淤积，渗流量将会逐年缓降。渗流量观测为的是判断渗流是否稳定，防渗、排水是否正常。

渗流量的观测，在坝体排水设备的下游，用量水堰或量水容器测量渗透流量。注意渗透流量是否有异常变化，渗水是否浑浊或有无其他色泽，结合有关观测成果，分析判断其对土坝的影响。

渗透流量的变化，可采用三角形量水堰测量，其方法如下。

用3～5mm厚的钢板或3cm厚的木板制成三角形量水堰，如图2所示。

量水堰堰口是一个倒置的等腰三角形，其顶角θ一般为90°，缺口要做成锐缘，倾斜面为45°利用木板制作时，要注意堰口应镶铁皮，保持锐缘整齐，才能量水准确。在安装使用时要注意：

（1）堰板直立，两侧水平。

（2）堰口距岸边距离T和堰槛高度P要大于最大过水深度。

（3）堰底、两侧无漏水。

（4）水尺零点与堰口齐平，刻度精确到1mm。

（5）最小过堰水深不小于5cm，25cm以内较准确。

图2 三角形量水堰图 （单位：cm）

3.变形观测。土坝坝体和坝基在荷载作用下，将会发生变形。土体变形主要由于孔隙水和空气被排出使孔隙变小而引起的，这个过程称土体固结。土体固结使土面下沉称为沉陷。又因坝体填土厚度不同，坝基土面也不是个水平面，在水压影响下，土体固结时，坝面土粒不是垂直下沉，而有水平方向的移动，称水平位移。

土坝发生固结、沉陷和水平位移都是客观现象。如发生异常情况，可能引起土坝产生裂缝、滑坡等破坏现象。为了保证土坝的安全和稳定，要进行变形观测。

沉陷观测，通常是在地面和各种有代表性的断面，在不同高度位置上设立固定标点，用较精密的水准仪来观测这些标点的沉陷量。对于纵断面的沉陷量，固定标点一般布置在坝顶上，间距约为25～30m；对于坝坡变形的观测，固定标点布置在下游坡上，每隔 10～20m设一个。固定标点应坚固可靠。当测出填土高处的标点下沉少，而填土低处的标点下沉多时，这说明土坝的沉陷不正常。当上部标点下沉，下部标点反而上升时，这可能是基础断层产生不均匀沉陷或发生滑坡，应及时查明原因，进行处理。

土坝的固结观测是在坝体选择有代表性的地方，埋设固结管或深式标点组，测出各测点的高程变化，从而算出固结量。

土坝的水平位移，通常在坝面设置若干测点，一般用视准线法观测，测出各测点的水平位移量。

坝体现象的观察，应注意有无害虫、害兽的活动痕迹。如发现上述痕迹后，应进一步追查有无鼠穴、獾洞、白蚁窝等隐患。同时，注意观察坝体有无滑坡、塌陷、坍坑、表面冲蚀及坡脚凸起等现象。对于护坡块石，应注意有无翻起、松动、塌陷、垫层流失、架空或风化变质等损坏现象。对于坝顶路面及防浪墙，应注意是否完好，有无塌陷、裂缝等情况，及时做好记录，以供维修时分析研究。

（二）土坝的维修

裂缝的原因分析和处理：

1.原因分析。裂缝种类很多，开裂原因也不完全相同。当属于表面裂缝时，不论是纵向裂缝、横向裂缝，造成开裂的原因大都是坝基地质不同，物理力学性质差异很大，筑坝后压缩变形不一。尤其坝体跨越山脊，坝体固结沉掐时容易引起裂缝；坝内剐性体(坝头挡土墙、坝内埋设管道、刚性心墙等)，其压缩性远小于地基土料；施工碾压不实，坝体干容重太低或压实度不同；分段分期施工，进度不平衡，填筑层高差过大，接合面坡度太陡；水库水位骤降，迎水坡产生较大孔隙水压力，容易产生纵向裂缝，甚至滑坡等。至于属于内部的水平裂缝，如图3(a)所示，为薄心墙，边坡陡，断面窄，心墙的后期可压性比两侧坝壳大，心墙下部沉陷，上部挤在上下游坝壳之间，其重量由于剪力和拱的作用，传递到坝壳以致上部不能下沉，将心墙拉开形成水平裂缝。有的土坝在峡谷高压缩性地基上修建，如图3(b)所示，坝基和坝体沉陷过程与上述情况相似，上部坝体的重量传递到两岸山坡，由于拱的作用，上部坝体不能同时沉陷，坝体受拉形成水平裂缝。凡是遇到下述现象：如土坝碾压较差，又无其他因素影响，而其沉陷量比设计值还小的；沉陷、位移量较大的坝段；相邻坝段沉陷量悬殊时；库水位升到某一高程时，无外界影响，渗漏量突然增加且成规律；钻探时孔口无回水，或钻杆突然掉落时等，应注意其可能产生内部裂缝。

图3 土坝内部裂缝示意图

土坝发现裂缝，除进行观测外，还要经过细致的分析研究，找出造成开裂的原因，对症下药，问题就解决得好些。判别裂缝，要掌握它的特性。如滑动裂缝初期发展较慢，而后期突然加快；沉陷裂缝则发展过程缓慢，并到一定程度而停止。

①纵向沉陷裂缝。对于粘土心墙坝，往往仅重视心墙的填筑，而忽视了两侧砂壳和砂壤土过渡部分的填筑质量，如心墙坝填筑过高，两侧砂壳过低，且—般不重视砂壳压实，甚至有的根本没有压实措施，而造成运用初期砂壳的沉陷远远大于心墙的沉陷，致使坝体因受剪而产生纵向裂缝。有些土坝由于分期加高和压实欠佳，造成贴坡接触不良，也会引起坝体在贴坡处出现纵向裂缝。

②纵向滑坡裂缝。山区或丘陵地区，在压缩性较小的地基上建造上石混合坝，由于坝坡陡，筑坝压实不够，蓄水后发生骤降库水位，导致产生纵向滑坡裂缝；在软粘土地基上筑坝，由于坝基压缩性高，先期沉陷快，强度低等，加上事先准备工作和分析研究小够，施工时又没有控制好上土速度和填土质量，导致产生坝体纵向滑坡，出现纵向裂缝。

③横向沉陷裂缝。一般出现在土坝与两岸土坡结合不良、压实不密的坝段，或由于岸坡过陡，致使坝身填土高差悬殊，坝身压缩变形不同，造成裂缝。

横向裂缝的危害性较大，当裂缝深到水位以下时，可能产生集中渗漏.导致险情 内此，需要对横向裂缝严加注意。

④干缩裂缝。这种裂缝主要是填土由湿变干的体积收缩，施工时由厂坝面暴晒，没有层面保护，或分期施工时交接面没有处理好而引起的。筑坝土料越粘，含水量越高，则越易出现裂缝。这种裂缝一般产生于面层，呈无规则的龟裂。

2.裂缝的处理。一般采用开挖回填和灌注黄泥浆两种方法，或者两种方法结合使用。对于因边坡不稳定或软粘土地基强度低而引起的裂缝，可采用放缓边坡及增加坝坡盖重的方法处理。

开挖回填是处理裂缝比较彻底的方法，适用于深度不大的浅层裂缝及防渗部位的裂缝。具体的方法是：沿着裂缝方向开挖梯形沟槽，如图 4所示。为了开挖时便于检查裂缝走向，开挖前可将裂缝灌入少量石灰水。开挖的底部宽度约为50cm，开挖深度要比原裂缝深50cm左右，然后用原筑坝土料按原来密度分层回填夯实。必要时，可增挖垂直于裂缝的沟槽，以使结合良好。

图4 开挖回填处理裂缝（单位：cm）

当裂缝很深，开挖困难或危及坝坡稳定时，可采用灌注粘土浆。灌注浸润线以下的裂缝，可采用粘土水泥浆，以便加速凝固，提高强度。水泥的渗入量一般为干料的10%～30%。具体做法是：首先选择较宽的裂缝，在较深的部位预埋0.5～1英寸钢管(或打通的粗竹管)，平均缝距2～3m埋一根管子灌注，其余缝段用土夯实封闭，以防漏浆。

如果没有灌浆机，可采用重力灌浆的方法，即利用浆液的自重作为灌注的压力。浆桶，的位置应比灌浆的地点高10m以上，使粘土泥浆灌人裂缝。

当使用灌浆机时，为了保证施工安全和灌浆质量，应因地制宜合理地控制灌注压力，不能过大或过小，压力较大，加大泥浆扩散半径，减少灌浆孔数，且在较大压力下，浆液析水较快，能够获得较大的泥浆密度，但压力过大，对坝体稳定将会造成不利影响。采用最大压力应小于灌浆部位以上的土体重量。灌浆压力的大小，一般通过试验确定。

灌浆的浆液由粘土、水泥加水混合而成，其浓度应由稀逐渐变稠。有的工程采用干料的配比(按重量)为 1∶0.25～1∶0.3(粘土∶水泥)，干料和水的比例是1∶4～1∶2。有些工程水泥用量更小，应视具体情况而定。

由于滑坡而造成的裂缝，既不可用灌浆法处理，也不可任意开挖基础附近的坝体，以免破坏自然极限平衡条件而加剧滑动土体的滑坡。

处理因坝身碾压不实，浸润线过高而造成背水坡滑动的滑坡裂缝时，在有条件放空水库的情况下，应以上游防渗为主，辅以下游压坡、导渗和放缓坝坡的方法处理；当不能放空水库时，则应首先进行坝体排渗，以降低坝体浸润线的高度，如在滑坡下部做反滤暗沟，在坝脚加设反滤层；其次，在滑坡体脚采用筑土料撑台或压重固脚措施，以阻止向下滑动。然后根据滑坡体的大小进行压坡、贴坡等彻底处理。

[1]防汛与抗旱[M].中国水利水电出版社.

TV62

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1008-1151(2011)04-0091-03

2011-01-13

韦成辉（1976－），男，广西都安人，广西海河水利建设有限责任公司一分公司工程师，从事水利水电工程施工管理工作。