汾河水库坝顶裂缝成因初步分析及处理建议

梁艳芳

（山西省汾河水库管理局）

1 汾河水库及大坝概况

汾河水库是我省最大的水库，也是目前世界上最高的人工水中填土（黄土）均质坝，位于汾河上游的娄烦县境内，距汾河源头122km，距省城太原83km。1958年7月动工兴建，1961年6月投入运行。枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞、引黄供水洞和水电站六部分组成。坝高61.4 m（大沽高程系：坝顶高程1 131.40 m），坝顶宽6 m，坝长1 002 m。坝基设有黏土截水槽防渗，下游坝脚设有贴坡反滤。

水库防洪标准为100年一遇洪水设计，2 000年一遇洪水校核。设计洪水位1128.95 m，相应库容3.17亿m3，最大下泄流量1 665 m3/s；校核洪水位1 131.36 m，相应库容3.93亿m3，最大下泄流量2 254 m3/s。历史最高蓄水位1 127.78 m，一般蓄水位1 125 m左右。

1978年对枢纽工程进行了加固维修改造，大坝加高1.4 m，使坝高成为目前的61.4 m；在紧靠原防浪墙的下游侧，增建钢筋混凝土防浪墙及支墩式浆砌石梯形墙，墙下底宽2.22 m；坝顶铺设预制混凝土六棱块，下游设30 cm高缘墙，缘墙每隔5 m留有1 m宽的排水口，缘墙外建有纵向宽40 cm、深30 cm的轻型浆砌石排水沟。

2005年，为了发展水库的旅游经济，增加大坝的观赏性，将坝顶面层改造为现浇20 cm厚混凝土板，路面横向每6 m设温度变形缝。同时，将坝顶纵向排水渠扩改为花池，低于坝顶路面7 cm，覆土后种植草坪，并布设浇水管网。花池为浆砌石矩形断面，池宽1.65 m，底部为12 cm厚混凝土板，下游沿墙宽0.3 m、深0.65 m，上游沿墙宽0.3 m、深1.05 m，其顶部安装有护栏和路灯。

2 坝顶裂缝发展情况

2005年坝顶改造以后，坝顶下游处种植了草坪及景观树，在春夏季节经常进行浇灌。2008年，发现大坝坝顶出现细小的纵向裂缝，裂缝基本处在距防浪墙1.45-4.5 m的范围内。为了安全起见，当时用沥青进行了灌缝防渗，并加强了观测。但据观测发现，坝顶裂缝每年都有增大趋势，特别是左副坝桩号0+47 m至0+104 m部位，开裂较为严重，路面裂缝最宽处达13.96 cm，且裂缝两边错位高度达12.08 cm。

从该部位附近的60-0位移标点资料也可证实：自1963年开始观测至2014年6月，累计水平位移量为15.59 mm，沉降量为53.83 mm。从2008年至2014年6月，水平位移量为10.80 mm，沉降量为31.42 mm，水平位移观测历时占其总历时19.12%，水平位移量却占69.28%；沉降观测历时占其总历时13.20%，沉降量却占58.37%。

3 探坑勘察情况

2014年6月16-17日，在坝顶路面开裂处开挖了9个探坑，其中左副坝段6个，主坝段3个，从左副坝沿主坝方向依次编号为0、01、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、VII号，桩号分别为 0+47 m、0+56 m、0+73 m、0+104m、0+135m、0+154m、0+292m、0+538m、0+545m。

左副坝6个探坑的编号为0、01、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号，桩号为0+47 m至0+154 m范围，除Ⅰ号探坑内有4条纵向裂缝外，其他探坑内都是2条纵向裂缝。在开挖深度1.6-2.05 m内，裂缝宽度一般为4.0-25.0 mm。最深的Ⅱ号探坑，长1.6 m，宽1.5 m，深3.5 m，裂缝深3.45 m；裂缝上部2.5 m基本垂直，2.5 m以下略向下弯曲；裂缝在顶部为分散状，距顶1.9 m处汇合，最大宽度达30 mm，后又逐渐变窄，至3.45 m处尖灭。

在主坝段的中间和末端处共开挖3个探坑，中间段探坑编号为Ⅴ号，桩号为0+292 m，探坑长2.35 m，宽1.15 m，深0.8 m，在开挖深度内没有发现裂缝。末端处探坑编号为Ⅵ号和VII号，桩号为0+538 m和0+545 m，所挖探坑深度内都有纵向裂缝，裂缝宽度为3-5 mm。Ⅵ探坑长2.6 m，宽1.1 m，深1.6 m，在开挖深度内有2条裂缝，上部缝在0.9 m深处缝宽4 mm，下部缝在1.34 m深处缝宽5 mm；VII号探坑长2.3 m，宽1.0 m，深0.95 m，在开挖深度内只有1条裂缝，在0.9 m深处缝宽3 mm。

据对探坑的土壤水分观测，含水率均比较高：左副坝段土壤含水率一般多在19%-21%，最低15.26%，最高可达26.77%；主坝段土壤含水率一般为16%-19%，最低15.88%，最高可达20.39%。

4 裂缝原因初步分析

4.1 加坝工程影响

坝顶纵向裂缝距防浪墙基本在1.45-4.50 m范围内。初步判断与1978年加坝时在原坝顶砌筑的浆砌石支墩墙有直接关系：一是由于施工技术有限，造成坝体局部不密实，导致产生裂缝；二是大坝右侧与岩体接触处边坡较陡，在接坡处易产生沉降差，导致产生裂缝；三是加坝土壤因质地原因，可能具有湿陷性，在库水浸润下造成沉降，导致产生裂缝。支墩墙宽2.22 m，高1-2 m，厚重的防浪墙压在坝顶土体上，使得坝顶上部填土基础承受的应力增大，导致坝顶产生不均匀沉降，这可能是产生裂缝的主要原因。

4.2 绿化带浇灌与花池负重影响

2005年坝顶下游沿坝长改造为花池绿化带，经常浇水灌溉。首先，浇灌水外溢流出和水管局部漏水，使得坝顶下游部位土质的含水量增大，导致土体变软；其次，下游侧的排水沟花池（宽1.95 m，高1.05 m），也加重了坝顶配重。这两方面因素的综合作用，是造成坝顶裂缝产生的次要因素。据观察，严重部位或有滑坡趋势，如左副坝60-0观测标点附近坝顶的土体有错动现象。

4.3 坝顶路面排水不畅与冻融影响

2005年在坝顶改造时，坝顶路面排水坡度较缓且排水口设置较少，致使坝顶排水不太通畅。自从坝顶路面开始出现裂纹和裂缝起时，便有部分雨水和融雪水经常渗入，从而引起坝顶土体含水量升高。坝顶面层改造为现浇20 cm厚混凝土板后，水分不易蒸散，经冻胀消融作用又加剧了坝顶路面开裂，缝隙难于自行愈合，时间一长，导致裂缝越来越宽，这也是造成坝顶土体产生裂缝的重要因素。

4.4 坝顶路面车辆载重影响

坝顶未设公路以前，基本上是内部管理检修车辆通行，车辆少且载重轻。坝顶设为公路以后，外部车辆经常进入。据观察，近几年来坝顶通行的车辆每年及每天均在逐渐增加。外部车辆特别是载重车辆通行，使得坝顶土体经常承受较大的运动荷载，加之行使车辆振动，容易加剧土体沉陷，也可能是造成坝顶产生裂缝的因素之一。

5 初步处理方法与效果

通过探坑察看，初步判断裂缝深度在5 m以内，可以采用开挖回填法进行处理。沿裂缝方向开挖梯形槽，深度超过裂缝50 cm，底宽1 m，边坡1∶0.5。用与原坝体质地相同的土料分层回填压实，每层土料压实厚度不得超过20 cm，压实机械采用蛙式打夯机，窄小部位用小型电夯，最优含水量和夯击遍数通过试验确定。压实控制标准，干容重不低于1.6 t/m3。

为了消除大坝纵向裂缝隐患，汾河水库管理局已对裂缝处坝体采用人工开挖回填法进行了处理。具体施工时，将厚1.5 m、宽1 m的碎石沙带埋入坝内，并用低液限黏土进行回填夯实，回填低液限黏土1 700 m3，经检测平均干密度达1.65 t/m3。施工处理后，没有发现大坝有新的裂缝出现。

6 对今后管理工作的建议

为了预防坝顶不再出现裂缝安全隐患，特对以后的管理工作提出几点建议：一是拆除坝顶花池，恢复成轻型纵向排水渠；二是将坝顶路面改造成柔性的沥青混凝土防水面层，并增大路面的坡度，以便排除雨水；三是加强监测，发现问题及时汇报，迅速处理；四是坝顶禁止大型载重车辆通过，限制性地放行少数小型车辆。