韋成輝

（廣西海河水利建設(shè)有限責(zé)任公司一分公司，廣西 南寧 530022）

水庫防洪堤施工技術(shù)

韋成輝

（廣西海河水利建設(shè)有限責(zé)任公司一分公司，廣西 南寧 530022）

水庫、水壩、河堤的安全問題很重要，出現(xiàn)問題如不及時解決往往會造成重大事故。文章采用適當(dāng)更新措施，使各項(xiàng)工程設(shè)施延長使用年限，發(fā)揮最大的效益。

水庫；水壩；河堤除險

攔截水流、抬高水位的水工建筑物，稱為水電站的擋水建筑物。它有堰、壩和閘等壩又可分為土壩、土石壩、堆石壩、漿砌石壩、混凝土壩等各種壩型?，F(xiàn)將土壩和漿砌石壩敘述如下：

（一）觀測工作

1.裂縫觀測。土壩有各種裂縫，從位置上分：有表面裂縫、內(nèi)部裂縫；從走向上分：有橫向裂縫、水平裂縫、龜紋裂縫；從成因上分：有沉陷裂縫、滑坡裂縫、于縮裂縫，振動裂縫、冰凍裂縫等。當(dāng)發(fā)生裂縫后，應(yīng)立即觀察位置，記錄情況。對于平行于壩軸線的裂縫，觀察其有無滑坡的跡象；對于垂直于壩軸線的裂縫，應(yīng)注意是否形成貫穿上、下游的漏水通道同時應(yīng)妥加保護(hù)，防止雨水流人和動物踐踏。裂縫寬度可直接用鋼尺測量。深度可用鉆孔取樣的方法觀測，認(rèn)真記錄裂縫的位置、走向、長度、寬度和深度。最后應(yīng)繪制出裂縫分布圖，以供分析和采取措施之用。

2.滲透觀測。土壩的滲漏按部位分：有壩體、壩基、接觸和繞壩 4種；按滲漏現(xiàn)象分。白散浸、集中兩種。壩體浸潤線的變化，壩基滲水壓力，繞壩滲流以及滲流量的變化等都是觀測的項(xiàng)日 為了解上壩浸潤線的位置變化，掌握土壩在運(yùn)用期間的滲透情況。應(yīng)在壩體中埋設(shè)測壓管，進(jìn)行浸潤線觀測，如圖1所示。

圖1 土壩測壓管布置示意圖

在壩體中布置測壓管時，應(yīng)選定數(shù)個有代表性的斷面，每個斷面內(nèi)的測壓管不應(yīng)少于 3根，并應(yīng)布置在橫斷面的中部和下游部分，應(yīng)使觀測結(jié)果能夠說明鋪蓋、斜墻、排水設(shè)備的工作情況，并能繪出浸潤線。

繞壩滲流是由于土壩與岸坡連接不好或岸坡過陡產(chǎn)生裂縫，或岸坡中有強(qiáng)透水間層，這樣就可能發(fā)生集中滲流，造成滲流變形，影響壩體安全。繞壩滲流觀測是為了了解壩頭與岸坡接觸處的滲流變化情況，判明這些部位的防滲與排水效果。繞壩滲流的觀測也是在壩、岸連接輪廓線等處，埋設(shè)測壓管，觀測成果要以能繪出繞流的水位線為原則。

水庫蓄水后，不僅壩體發(fā)生滲流現(xiàn)象，壩基同樣產(chǎn)生滲流。土壩壩基滲水壓力的觀測，為的是了解壩基滲透層和相對不透水層中滲流沿程的壓力分布情況，借以分析壩的防滲和排水設(shè)備的作用，估算壩基中實(shí)際的水力坡降，推測潛水是否可能形成管涌、流土、接觸沖刷等破壞作用。壩基滲水壓力的觀測，也是在壩基埋設(shè)測壓管進(jìn)行觀測，其位置根據(jù)地基土層、排水的設(shè)施、形式以及可能發(fā)生滲透變形的部位而定。

在滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)時，其滲流量將與水頭的大小保持穩(wěn)定的相應(yīng)變化，滲流量在同樣水頭情況下的顯著增加和減少，都意味著滲流穩(wěn)定的破壞。顯著增加，有可能在壩體或壩基發(fā)生管涌或集中滲流通道；顯著減少，可能是排水體堵塞的反映。一般正常情況，由于壩前的淤積，滲流量將會逐年緩降。滲流量觀測為的是判斷滲流是否穩(wěn)定，防滲、排水是否正常。

滲流量的觀測，在壩體排水設(shè)備的下游，用量水堰或量水容器測量滲透流量。注意滲透流量是否有異常變化，滲水是否渾濁或有無其他色澤，結(jié)合有關(guān)觀測成果，分析判斷其對土壩的影響。

滲透流量的變化，可采用三角形量水堰測量，其方法如下。

用3～5mm厚的鋼板或3cm厚的木板制成三角形量水堰，如圖2所示。

量水堰堰口是一個倒置的等腰三角形，其頂角θ一般為90°，缺口要做成銳緣，傾斜面為45°利用木板制作時，要注意堰口應(yīng)鑲鐵皮，保持銳緣整齊，才能量水準(zhǔn)確。在安裝使用時要注意：

（1）堰板直立，兩側(cè)水平。

（2）堰口距岸邊距離T和堰檻高度P要大于最大過水深度。

（3）堰底、兩側(cè)無漏水。

（4）水尺零點(diǎn)與堰口齊平，刻度精確到1mm。

（5）最小過堰水深不小于5cm，25cm以內(nèi)較準(zhǔn)確。

圖2 三角形量水堰圖 （單位：cm）

3.變形觀測。土壩壩體和壩基在荷載作用下，將會發(fā)生變形。土體變形主要由于孔隙水和空氣被排出使孔隙變小而引起的，這個過程稱土體固結(jié)。土體固結(jié)使土面下沉稱為沉陷。又因壩體填土厚度不同，壩基土面也不是個水平面，在水壓影響下，土體固結(jié)時，壩面土粒不是垂直下沉，而有水平方向的移動，稱水平位移。

土壩發(fā)生固結(jié)、沉陷和水平位移都是客觀現(xiàn)象。如發(fā)生異常情況，可能引起土壩產(chǎn)生裂縫、滑坡等破壞現(xiàn)象。為了保證土壩的安全和穩(wěn)定，要進(jìn)行變形觀測。

沉陷觀測，通常是在地面和各種有代表性的斷面，在不同高度位置上設(shè)立固定標(biāo)點(diǎn)，用較精密的水準(zhǔn)儀來觀測這些標(biāo)點(diǎn)的沉陷量。對于縱斷面的沉陷量，固定標(biāo)點(diǎn)一般布置在壩頂上，間距約為25～30m；對于壩坡變形的觀測，固定標(biāo)點(diǎn)布置在下游坡上，每隔 10～20m設(shè)一個。固定標(biāo)點(diǎn)應(yīng)堅固可靠。當(dāng)測出填土高處的標(biāo)點(diǎn)下沉少，而填土低處的標(biāo)點(diǎn)下沉多時，這說明土壩的沉陷不正常。當(dāng)上部標(biāo)點(diǎn)下沉，下部標(biāo)點(diǎn)反而上升時，這可能是基礎(chǔ)斷層產(chǎn)生不均勻沉陷或發(fā)生滑坡，應(yīng)及時查明原因，進(jìn)行處理。

土壩的固結(jié)觀測是在壩體選擇有代表性的地方，埋設(shè)固結(jié)管或深式標(biāo)點(diǎn)組，測出各測點(diǎn)的高程變化，從而算出固結(jié)量。

土壩的水平位移，通常在壩面設(shè)置若干測點(diǎn)，一般用視準(zhǔn)線法觀測，測出各測點(diǎn)的水平位移量。

壩體現(xiàn)象的觀察，應(yīng)注意有無害蟲、害獸的活動痕跡。如發(fā)現(xiàn)上述痕跡后，應(yīng)進(jìn)一步追查有無鼠穴、獾洞、白蟻窩等隱患。同時，注意觀察壩體有無滑坡、塌陷、坍坑、表面沖蝕及坡腳凸起等現(xiàn)象。對于護(hù)坡塊石，應(yīng)注意有無翻起、松動、塌陷、墊層流失、架空或風(fēng)化變質(zhì)等損壞現(xiàn)象。對于壩頂路面及防浪墻，應(yīng)注意是否完好，有無塌陷、裂縫等情況，及時做好記錄，以供維修時分析研究。

（二）土壩的維修

裂縫的原因分析和處理：

1.原因分析。裂縫種類很多，開裂原因也不完全相同。當(dāng)屬于表面裂縫時，不論是縱向裂縫、橫向裂縫，造成開裂的原因大都是壩基地質(zhì)不同，物理力學(xué)性質(zhì)差異很大，筑壩后壓縮變形不一。尤其壩體跨越山脊，壩體固結(jié)沉掐時容易引起裂縫；壩內(nèi)剮性體(壩頭擋土墻、壩內(nèi)埋設(shè)管道、剛性心墻等)，其壓縮性遠(yuǎn)小于地基土料；施工碾壓不實(shí)，壩體干容重太低或壓實(shí)度不同；分段分期施工，進(jìn)度不平衡，填筑層高差過大，接合面坡度太陡；水庫水位驟降，迎水坡產(chǎn)生較大孔隙水壓力，容易產(chǎn)生縱向裂縫，甚至滑坡等。至于屬于內(nèi)部的水平裂縫，如圖3(a)所示，為薄心墻，邊坡陡，斷面窄，心墻的后期可壓性比兩側(cè)壩殼大，心墻下部沉陷，上部擠在上下游壩殼之間，其重量由于剪力和拱的作用，傳遞到壩殼以致上部不能下沉，將心墻拉開形成水平裂縫。有的土壩在峽谷高壓縮性地基上修建，如圖3(b)所示，壩基和壩體沉陷過程與上述情況相似，上部壩體的重量傳遞到兩岸山坡，由于拱的作用，上部壩體不能同時沉陷，壩體受拉形成水平裂縫。凡是遇到下述現(xiàn)象：如土壩碾壓較差，又無其他因素影響，而其沉陷量比設(shè)計值還小的；沉陷、位移量較大的壩段；相鄰壩段沉陷量懸殊時；庫水位升到某一高程時，無外界影響，滲漏量突然增加且成規(guī)律；鉆探時孔口無回水，或鉆桿突然掉落時等，應(yīng)注意其可能產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。

圖3 土壩內(nèi)部裂縫示意圖

土壩發(fā)現(xiàn)裂縫，除進(jìn)行觀測外，還要經(jīng)過細(xì)致的分析研究，找出造成開裂的原因，對癥下藥，問題就解決得好些。判別裂縫，要掌握它的特性。如滑動裂縫初期發(fā)展較慢，而后期突然加快；沉陷裂縫則發(fā)展過程緩慢，并到一定程度而停止。

①縱向沉陷裂縫。對于粘土心墻壩，往往僅重視心墻的填筑，而忽視了兩側(cè)砂殼和砂壤土過渡部分的填筑質(zhì)量，如心墻壩填筑過高，兩側(cè)砂殼過低，且—般不重視砂殼壓實(shí)，甚至有的根本沒有壓實(shí)措施，而造成運(yùn)用初期砂殼的沉陷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于心墻的沉陷，致使壩體因受剪而產(chǎn)生縱向裂縫。有些土壩由于分期加高和壓實(shí)欠佳，造成貼坡接觸不良，也會引起壩體在貼坡處出現(xiàn)縱向裂縫。

②縱向滑坡裂縫。山區(qū)或丘陵地區(qū)，在壓縮性較小的地基上建造上石混合壩，由于壩坡陡，筑壩壓實(shí)不夠，蓄水后發(fā)生驟降庫水位，導(dǎo)致產(chǎn)生縱向滑坡裂縫；在軟粘土地基上筑壩，由于壩基壓縮性高，先期沉陷快，強(qiáng)度低等，加上事先準(zhǔn)備工作和分析研究小夠，施工時又沒有控制好上土速度和填土質(zhì)量，導(dǎo)致產(chǎn)生壩體縱向滑坡，出現(xiàn)縱向裂縫。

③橫向沉陷裂縫。一般出現(xiàn)在土壩與兩岸土坡結(jié)合不良、壓實(shí)不密的壩段，或由于岸坡過陡，致使壩身填土高差懸殊，壩身壓縮變形不同，造成裂縫。

橫向裂縫的危害性較大，當(dāng)裂縫深到水位以下時，可能產(chǎn)生集中滲漏.導(dǎo)致險情 內(nèi)此，需要對橫向裂縫嚴(yán)加注意。

④干縮裂縫。這種裂縫主要是填土由濕變干的體積收縮，施工時由廠壩面暴曬，沒有層面保護(hù)，或分期施工時交接面沒有處理好而引起的。筑壩土料越粘，含水量越高，則越易出現(xiàn)裂縫。這種裂縫一般產(chǎn)生于面層，呈無規(guī)則的龜裂。

2.裂縫的處理。一般采用開挖回填和灌注黃泥漿兩種方法，或者兩種方法結(jié)合使用。對于因邊坡不穩(wěn)定或軟粘土地基強(qiáng)度低而引起的裂縫，可采用放緩邊坡及增加壩坡蓋重的方法處理。

開挖回填是處理裂縫比較徹底的方法，適用于深度不大的淺層裂縫及防滲部位的裂縫。具體的方法是：沿著裂縫方向開挖梯形溝槽，如圖 4所示。為了開挖時便于檢查裂縫走向，開挖前可將裂縫灌入少量石灰水。開挖的底部寬度約為50cm，開挖深度要比原裂縫深50cm左右，然后用原筑壩土料按原來密度分層回填夯實(shí)。必要時，可增挖垂直于裂縫的溝槽，以使結(jié)合良好。

圖4 開挖回填處理裂縫（單位：cm）

當(dāng)裂縫很深，開挖困難或危及壩坡穩(wěn)定時，可采用灌注粘土漿。灌注浸潤線以下的裂縫，可采用粘土水泥漿，以便加速凝固，提高強(qiáng)度。水泥的滲入量一般為干料的10%～30%。具體做法是：首先選擇較寬的裂縫，在較深的部位預(yù)埋0.5～1英寸鋼管(或打通的粗竹管)，平均縫距2～3m埋一根管子灌注，其余縫段用土夯實(shí)封閉，以防漏漿。

如果沒有灌漿機(jī)，可采用重力灌漿的方法，即利用漿液的自重作為灌注的壓力。漿桶，的位置應(yīng)比灌漿的地點(diǎn)高10m以上，使粘土泥漿灌人裂縫。

當(dāng)使用灌漿機(jī)時，為了保證施工安全和灌漿質(zhì)量，應(yīng)因地制宜合理地控制灌注壓力，不能過大或過小，壓力較大，加大泥漿擴(kuò)散半徑，減少灌漿孔數(shù)，且在較大壓力下，漿液析水較快，能夠獲得較大的泥漿密度，但壓力過大，對壩體穩(wěn)定將會造成不利影響。采用最大壓力應(yīng)小于灌漿部位以上的土體重量。灌漿壓力的大小，一般通過試驗(yàn)確定。

灌漿的漿液由粘土、水泥加水混合而成，其濃度應(yīng)由稀逐漸變稠。有的工程采用干料的配比(按重量)為 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，應(yīng)視具體情況而定。

由于滑坡而造成的裂縫，既不可用灌漿法處理，也不可任意開挖基礎(chǔ)附近的壩體，以免破壞自然極限平衡條件而加劇滑動土體的滑坡。

處理因壩身碾壓不實(shí)，浸潤線過高而造成背水坡滑動的滑坡裂縫時，在有條件放空水庫的情況下，應(yīng)以上游防滲為主，輔以下游壓坡、導(dǎo)滲和放緩壩坡的方法處理；當(dāng)不能放空水庫時，則應(yīng)首先進(jìn)行壩體排滲，以降低壩體浸潤線的高度，如在滑坡下部做反濾暗溝，在壩腳加設(shè)反濾層；其次，在滑坡體腳采用筑土料撐臺或壓重固腳措施，以阻止向下滑動。然后根據(jù)滑坡體的大小進(jìn)行壓坡、貼坡等徹底處理。

[1]防汛與抗旱[M].中國水利水電出版社.

TV62

A

1008-1151(2011)04-0091-03

2011-01-13

韋成輝（1976－），男，廣西都安人，廣西海河水利建設(shè)有限責(zé)任公司一分公司工程師，從事水利水電工程施工管理工作。