土坝裂缝的产生原因分析

段丽辉

摘要：由于各种原因，土坝会产生裂缝，如果日常缺乏必要的检查与养护，裂缝会越来越大，加上未能及时发现和处理，导致土坝重大事故发生的情况很多。本文分析了土坝裂缝的产生原因。

关键词：土坝；裂缝；产生原因；分析

土坝被广泛采用的原因是：就地取材，构造简单，施工方便，特别是对地形、地质条件的要求是所有坝型中最低的。由于各种原因，土坝会产生裂缝，如果日常缺乏必要的检查与养护，裂缝会越来越大，加上未能及时发现和处理，导致土坝重大事故发生的情况很多。因此加强土坝的日常检查和养护，及时发现和处理土坝裂缝，是水利工程管理中的重要工作。

1.土坝裂缝的类型及成因

土坝裂缝是较为常见的现象.有的裂继在坝体表面就可以看到，有的隐藏在坝体内部，要开挖检查或借助检测仪器才能发现。裂缝的宽度，窄的不到一毫米，宽的可达几百毫米，甚至更大；裂缝的长度，短的不足一米，长的达数十米，甚至更长；裂缝的深度，有的不到一米，有的深达坝基；裂缝的走向，有平行坝轴线的纵缝，有垂直坝轴线的横缝，有与水平面大致平行的水面缝，还有倾斜的裂缝。

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，设计不签合理所致。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。

2.土坝裂缝的产生原因及相应措施

在已建成的土坝中，土坝的安全情况是在不断变化的，往往直接或间接地反映为坝面上的异常现象，例如细小的横向裂缝可能发展成为坝体的集中渗流通道，而细小的纵向裂缝则可能是坝体滑坡的先兆。因此必须经常检查土坝的裂缝情况。

2.1龟纹裂缝

龟纹裂缝的方向没有规律，纵横交错，缝的间距比较均匀。这种裂缝可能出现在没有铺设保护层的坝顶和坝坡，也可能出现在水库泄空而出露的上游防渗然土铺盖表面亡。产生龟纹裂缝的主要原因是土坝填土由湿变干时的体积收缩。筑坝土料黏性越大，含水量越高，出现龟纹裂缝的可能性越大，在壤土中，龟纹裂缝比较少见，而在砂土中就没有这种裂缝。此外，在严寒地区，可以见到由于埃土受冰冻所产生的龟纹裂缝。

龟纹裂缝是坝体表面常见的现象，一般不会直接影响坝体安全。但是出现在防渗斜墙或铺盖上的龟纹裂缝，可能会影响坝体安全，所以在进行安全检查时，应给予足够重视。要仔细探明龟纹裂缝的宽度、深度，并及时进行处理。对于较浅的龟纹裂缝，一般可在表面铺一层厚约20 cm的砂性土保护层，以防止其发展；较深的龟纹裂缝、一般采用开挖回填的方法进行处理，在处理后要随即铺设保护层。发生在其他部位，如坝顶或均质坝坝面上的龟纹裂缝，可能促使冲沟、滑坡等的继续发展，因此也应及时进行处理。

2.2横向裂缝

横向裂缝一般接近铅垂或稍有倾斜地伸入坝体内。缝深几米到十几米.上宽下窄。缝口宽几毫米到十几厘米，偶尔也能见到更深、更宽的。裂缝两侧可能错开几厘米甚至几十厘米。当相邻的坝段或坝基产生较大的不均匀沉降时，就会产生横向裂缝。

横向裂缝上要出现在坝顶，但也可能出现有坝坡上。根据我国各类水库大坝裂缝的调查，横向裂缝虽然形成原因很多，但发生部位还是有一定规律的，常见部位有：①土坝与岸坡接头坝段及河床与台地交接处，这些部位填土高度变宰大，施工时碾压不密实而出现过大的沉降差；②坝基有压缩性过大的软土或黄上，施工时未加处理或清除，泡水湿陷或加荷下沉；③土坝与刚性建筑物接合坝段，因两种材料沉降不同所致；④分段施工接头处或施工导流合拢段，常因漏压及抢进度而出现碾压质量不符合设计要求成为坝体内的薄弱部位。

土坝的横向裂缝具有极大的危险性，因为一旦水库水位上涨，渗水通过裂缝，很容易将裂缝冲刷扩大而导致险情。因此，在土坝的安全检查中，必须特别重视横向裂缝的检查。除了在坝面普遍进行检查外，还应对较易出现横向裂缝的部位做重点检查。坝顶防浪墙或路缘石的裂缝往往能反映出坝体横向裂缝的存在。

根据坝顶沉陷观测资料检查横向裂缝，也是一个重要的方法。如果相邻测点之间出现较大的不均匀沉陷，则该坝段很可能出现横向裂缝。对于坝面铺有保护层的土坝，必要时应开挖与坝轴线平行的探槽，以揭露其横向裂缝。

在坝面发现横向裂缝后，如果时间允许，最好观测一段时间，待裂缝发展趋向稳定后再进行处理。但在此期间，水库必须控制运用。对于尚未处理或虽已处理但尚未经蓄水考验的土坝，在汛期除了控制运用外，还应该准备必要的防汛抢险器材，以免出现险情时措手不及。由于横向裂缝的危害性很大，所以一般要求进行开挖凹填处理。

2.3纵向裂缝

根据土坝纵向裂缝产牛的原因，可将士坝纵向裂缝细分为纵向沉降裂缝和纵向滑坡裂缝。

（1）纵向沉降裂缝

在坝面上，由坝体或坝基的不均匀沉降而产生的纵向沉降裂缝一般接近于直线，基本上是铅直地向坝体内部延伸。裂缝两侧填土的错距一般不大于30cm，缝深几米到十几米居多，也有更深的，缝宽几毫米到十几厘米，缝长几米到几百米。沉陷裂缝的宽度和铅距的发展是逐渐减慢的。

网3—2两种纵向裂缝的发展过程棉线

（2）纵向清坡裂缝

纵向滑坡裂缝一般呈弧形，裂缝向坝体内部延伸时弯向上游或下游，缝的发展过程是逐渐加快的，直至土体发生滑动以后才逐渐变慢。纵向滑坡裂缝的宽度可达1m以上，错距可达几米。当裂缝发展到后期，可以发现在相应部位的坡面或坝基上有带状或椭圆状隆起的土体。这些都是区别于纵向沉降裂缝的重要标志。

2.4内部裂缝

在土坝坝面上出现的裂缝，都称为表面裂缝。此外，在土坝坝体内部还可能出现内部裂缝，有的内部裂缝是贯通上下游的.很可能变成集中渗漏通岿，由于事先不易被人们发现，其危害性很大。

内部裂缝常见的部位有：①窄小墙内部的水平裂缝、主要因坝壳顶托作用，使心墙中部高程的垂直压力减小，同一高程处坝壳压力增大，出现“拱效应”的结果；②狭窄山谷，河床含有高压缩土，坝基下沉时，坝体上部重量通过拱作用传递到两岸，土拱下部坝体沉降大，可能使坝体受拉形成内部裂缝或空穴；③坝体与河床上的混凝土或浆砌石体等压缩性很小的材料相邻处，两者不均匀沉降造成过大拉应变和剪应力开裂，如图3所示。

3.土坝裂缝的检查

对裂缝的检查与探测，首先应借助观测资料的整理分析，根据上面提及的裂缝常见部位，对这些部位的坝体变形（垂直和水平位移），测压管水位，土体中应力及孔隙水风力变化，水流渗出后的浑浊度等进行鉴别，只有初步确定裂缝出现的位置后，再用探测方法弄清裂缝确切位置、大小、走向，为确定裂缝处理方案提供依据。

通常在裂缝附近会产生下列异常情况：①沿坝轴线方向同一高程位置的填土高度、土质等基本相同，而其中个别测点的沉降值比其他测点明显减小，则该点可能存在内部裂缝；②垂直坝段各排测压管的浸润线高度，在正常情况下，除靠岸坡的两侧略高外，其他大致相同，若其中发现个别坝段浸润线明显抬高，则测点附近可能出现横向裂缝；③在通过坝体的渗水有明显清浑交替出现的位置，可能出现贯穿裂缝或管涌通道；④坝面有刚性防浪墙拉裂等异常现象的坝段，同时坝身有明显塌坑处，说明该处有横向裂缝；⑤短距离内沉降差较大的坝段；⑥土压力及孔隙水压力不正常的位置。

对于可能存在的裂缝部位可采用土坝隐患探测的方法，即有损探测和无损探测的方法进行检查，但有损探测对坝身有一定的损坏。有损探测又分为人工破损探测和同位素探测。无损探测是指电法探测。

3.1人工破损探测

对表面有明显征兆，沉降差特别大，坝顶防浪墒被拉裂的部位，可采用探坑、探槽和探井的方法探测。探坑、探槽和探井是指人工开挖一定数量的坑、槽和井来实际描述坝内隐患情况。该法直观、可靠，易弄清裂缝位置、大小、走向及深度，但受到深度限制，目前国内探坑、探槽的深度不超过10m，探井深度可达到40m。

3.2同位素探测

此法是利用土坝已有的测压管，投入放射性示踪剂模拟天然渗透水流运动状态，用核探测技术观测其运动规律和踪迹。通过现场实际观测可以取得渗透水流的流速、流向和途径。在给定水力坡降和有效孔隙率时，可以计算相应的渗透水流速度和渗透系数。在给定的渗透层宽度和厚度的基础上，可以计算渗流量。同位素探测法也称放射性示踪法，包括多孔示踪法、单孔示踪法、单孔稀释法和单孔定向法等。

3.3电法探测

电法探测是一种无损伤探测的方法，在土坝表面布设电极，通过电测仪器观测人工或天然电场的强度，分析这些电场的特点和变化规律，以达到探测工程隐患的目的。

土坝坝体是具有一定几何形状的人工地质体，同一坝段，坝体横断面尺寸沿大坝纵向方向通常是一致的，筑坝材料也相对均匀。因此，坝体几何形状对人工电场影响在各个坝段基本相同，一旦有隐患存在，必然会破坏坝体的整体性和均匀性，引起人工电场的异常变化和隐患测点与其他测点视电阻率的差异，这就是电法探测土坝隐患的机理。

电法探测适用于土坝裂缝、集中渗流、管涌通道、基础漏水、绕坝渗流、接触渗流、软土夹层及白蚁洞穴等隐患探测，它比传统的人工破坏探测速度快，费用低，目前已广泛运用。电法探测的方法较多，有自然电场法、直流电阻率法、直流激发极法和甚低频电磁法。

以上列举的裂缝探测方法有些较直观、清楚，有些只能大体确定裂缝位置，究竟采用何种方法，此视当地具体条件及设备情况而定。