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南方地区属于亚热带气候为主,夏季高温多雨,在南方地区大部分的水库土坝都是匀质土壤,水库土坝最容易产生的问题是裂缝、滑坡、渗漏等,针对水库堤坝工程的普遍情况及问题结合自己多年的水利基层经验,现说明有关常见的问题及处理方法。
1、水库土坝的裂缝
1.1匀质坝体的裂缝比较常见。匀质坝的裂缝可分为横向裂缝、纵向裂缝和龟裂缝等,其中某些裂缝的潜在危险,却往往没有给予应有的重视,从而造成严重的后果,比如一些细小的横向裂缝可能发展成为坝体的集中渗漏通道。
横向裂缝缝深可由几米到十几米,裂缝一般显现上宽下窄,也有的更宽更深,特别是当相邻的坝段或坝基产生较大的不均匀下陷时,就会产生横向裂缝。横向裂缝一般采用开挖回填,不宜进行灌浆。
产生纵向裂缝的原因,有的是坝体或坝基的不均匀深陷,有的是滑坡引起的。由于产生的原因不同,所以处理的方式与措施也不同。因坝基础下沉产生的纵向裂缝一般出现在坝顶和堤顶,通常出现在坝基压缩性大堤坝段以及基础填筑质量较差的部位,纵向裂缝危害相对较小但是也要及时处理,在雨季时避免雨水灌入引起滑坡。
纵向滑坡性裂缝一般显现弧形,裂缝向堤坝体内部延伸时弯向上游或下游,裂缝的发展过程是逐渐加快的,裂缝的宽度可达1米以上。
龟裂缝主要是填土料,由湿变干时的体积收缩,愈是粘性大含水率高,出现龟裂的可能性就越大,一般出现在长期干旱地区和干旱的气候,在中国南方气候湿润,较为少见。
1.2非滑坡裂缝的处理
开挖回填。该法施工简便,效果较好,适用于深度不大的表面裂缝。通常将发生裂缝部分的土料全部挖出,重新回填,开挖槽的长度和深度都应超过裂缝的长度,如裂缝不深,可挖成梯形断面,然后回填和坝体相同的土料并分层仔细夯实,每层填土厚度0.1~0.15m。当裂缝较深时,为了开挖方便和安全,可挖成阶梯形坑槽,阶梯高度以1.5m为宜,回填时逐级削去台阶,保持梯形断面,对于不太深的贯穿性横向裂缝,为了防止在沟槽侧面新老土结合处形成集中渗流,还应沿着裂缝方向每隔5至6米挖结合槽,与裂缝相交成十字形。
裂缝灌浆。对于较深的裂缝可采用灌浆或上部开挖回填,下部灌浆的方法处理,以减少工程量。裂缝灌浆是使浆液填充裂缝,挤密裂缝周围的填土,达到堵塞裂缝加固坝体的目的。裂缝的灌浆一般采用粘土水泥浆。粘土掺加10%左右水泥的可以加快浆液的凝固时间,同时可减少浆液的收缩。浆液的稀稠度一般为1:2,在保证良好的灌入程度下,应尽量采用稠浆以减少凝固的体积收缩,灌浆时要由稀到稠的原则。
2、水库土坝的滑坡
产生滑坡的初期坝面上首先出现纵向裂缝,随后不断扩展,变成弧形,错距加大,并在下部坝面出现带状或椭圆形的隆起。后期滑坡移动加快,终于脱离原来的位置而坍塌滑出,有的可能是略微错开原来位置,但如果土的含水率高,可能滑出很远,在没有进一步的外力一般经过数小时到几天就慢慢稳定下来。产生滑坡的原因根本在于坝堤内部如堤坝坡度过陡、防渗排水设计不当;施工质量太差或软弱地基未经处理,而一些外部因素如水位条件等则往往引诱发作用,能够促使或加快滑坡的发生和发展。在水库蓄水期如果坝体压实质量不良好填土干容重达不到设计要求,水库蓄水时上游坡脚的填土由于浸水软化可能引起滑坡,另外有些历压不实的砂土在首次蓄水时也会出现坍滑的现象。如果下游坝坡较陡而浸润线较高,往往会在水库蓄满水一定的时间后产生滑坡,其原因主要由于渗透压力使滑动力增大而引起,由于高水位运行期,若遇上持续降雨那是十分危险的,因为持续降雨使坝体的填土饱和而增加滑动力,一旦发现滑动迹象应立即降低水库水位,但也要注意防止水位骤然下降时而引起迎水坡滑坡
滑坡的常规处理原则:减少滑动力与增大抗滑力,即上部减载与下部压重相结合。对于滑坡裂缝首先就要严防雨水渗涌进入裂缝口,地表水一旦大量进入到滑坡裂缝里将增加土的含水率,加大滑动力,当土质达到一定饱和度时整个滑坡体会很快的速度滑动,因此在处理滑坡时,第一时间就是确保滑动裂缝不能进水,其它措施就是在坝坡压重固脚,在基层水利的处理一般都是在滑坡下游堆筑沙包和抛块石以达到稳定固脚和排水作用。
2010年5月广东鹤山市桃源中胜水库因某电力地质钻探队违规施工,擅自在中胜水库壩体中进行钻探,钻探口径约十公分,钻探完成后没有及时把钻孔做处理,第二天普降暴雨,坝面大量的地表雨水流入该钻孔,由于源源不断的雨水大量流到孔里,犹如一条高压水管喷射到坝体的内部,造成坝体内的土含水饱和,坝体在三十分钟内在背水坡轰然出现大面积滑坡,整个坝体出现一条长达40米的纵向裂缝,裂缝口宽约40厘米,坝顶背水坡部分下蹋约1至1.5米,滑坡体象毛毯一样缓缓滑动。发现险情后,桃源镇水利站迅速用大幅的彩条布铺盖滑坡裂缝和上部滑坡体,在坝体两端挖沟导流地面水,并在裂缝口前筑起一道长长的小挡土堰防止地表雨水流入到裂缝去,经过对裂缝口止水后三小时滑坡体得稳定。稳定的一周后再采用综合措施,在下游开挖四条导渗沟,清理坝脚淤土,填筑压重固脚末端加筑反滤,坝顶的裂缝口用小型勾机开挖重新回填新的土料,回填时分层夯实,经过处理后效果相当良好。
3、土坝的渗漏
渗漏是水库土坝常见的问题,包括坝身的渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等。一般来说坝体和坝基填土料均有一定的透水性,水库蓄水后出现渗水是不可避免的,如果渗水量不大且不致引起渗透破坏的渗水都属于正常,反之如果渗水量很大而且可能导致渗透破坏的则属于异常渗漏,需分析其原因并针对性的采取措施进行处理。
3.1异常渗漏的表现形式和识别方法一般有以下几方面。
散浸现象。散浸是由于浸润线抬高,逸出点高于排水设施的顶点,使下游坝坡呈现非常潮湿的状态土体饱和软化,部分严重的可以看到水流顺坝面流下并听到响声,有些地方还可看到渗漏带出的红色类似铁质深沉物。散浸的渗漏会带走土料的颗粒,导致渗透破坏,如果逸出点太高还可能引起滑坡。
集中渗漏。成股水流涌出的现象都称集中渗漏,一般在坝身、坝基或两岸坡山都可能出现,水流集中在一个或几个管孔中,并以射流或无压流的形式流出,严重时会使坝身或岸坡坍塌。集中渗漏不一定在坝体脚附近或坝基附近出现,有的集中渗漏相隔坝体竟达数百数外。鹤山四堡水库大坝下游五百米有一处以泉水眼形式出现。
集中渗漏危害性很大,必须高度警惕,除了对水库进行定期的全面检查外,检查时应在坝脚延伸至五百米外,在高水位期更加要加强检查,密切观测渗水量的变化情况和水的浑浊程度。
3.2土坝的渗漏处理
处理土坝渗漏最基本原则是“前堵后排”,即上游采用防治措施,堵截渗漏的进口或延长渗径以降低渗透坡降并减少渗漏流量,在下游则将渗入的水安全排出。
前堵主要是在上游面修建防渗墙、抛粘土铺盖及铺土工布膜。修建防渗墙一般都要降低水位,揭开护坡后再碾压施工;抛粘土铺盖就可以不必放空水库可以随时进行施工。我们日常工程管理中遇到紧急的情况,这里我推荐介绍使用的是彩条布铺盖,主要是彩条布比土工膜更容易购买到,普遍在农村的杂货商店或五金商店也有销售,而且彩条布的面积边幅更大,一般也在4米宽,止水效果显著,因此彩条布非常适合紧急的状态下使用。
后排就是在下游坝坡渗漏的部位采用开沟导渗,把渗出的水安全导出,降低浸润线。当渗漏比较严重时且坝坡比较缓时可采用导渗砂槽,若渗漏比较严重但坝体又单薄且坝坡较陡可采用导渗培厚,在坝坡上铺上一层砂壳,再填上土增厚坝身,既处理坝坡渗漏又增加坝坡稳定,另外坝后的导渗也可采用反滤排水沟及减压井等等。
4、水库土坝的白蚁防与治
南方气候天气潮湿,气候和暖特别适合白蚁的生存和繁殖,每年4月到8月是白蚁活动最频繁期,防治白蚁的原则是“以防为主,防治结合”。当发现有白蚁时,要马上请专业机构进行灭治,先把整个蚁穴全歼再通过人工开挖填塞蚁穴。
综上述,作为水利工作者时刻要保持清醒头脑,克服麻痹大意的思想,要及时发现问题并处理险情,无论采取何种处理措施都要认真总结经验,力求以是最少的投资取得最好的效果。
1、水库土坝的裂缝
1.1匀质坝体的裂缝比较常见。匀质坝的裂缝可分为横向裂缝、纵向裂缝和龟裂缝等,其中某些裂缝的潜在危险,却往往没有给予应有的重视,从而造成严重的后果,比如一些细小的横向裂缝可能发展成为坝体的集中渗漏通道。
横向裂缝缝深可由几米到十几米,裂缝一般显现上宽下窄,也有的更宽更深,特别是当相邻的坝段或坝基产生较大的不均匀下陷时,就会产生横向裂缝。横向裂缝一般采用开挖回填,不宜进行灌浆。
产生纵向裂缝的原因,有的是坝体或坝基的不均匀深陷,有的是滑坡引起的。由于产生的原因不同,所以处理的方式与措施也不同。因坝基础下沉产生的纵向裂缝一般出现在坝顶和堤顶,通常出现在坝基压缩性大堤坝段以及基础填筑质量较差的部位,纵向裂缝危害相对较小但是也要及时处理,在雨季时避免雨水灌入引起滑坡。
纵向滑坡性裂缝一般显现弧形,裂缝向堤坝体内部延伸时弯向上游或下游,裂缝的发展过程是逐渐加快的,裂缝的宽度可达1米以上。
龟裂缝主要是填土料,由湿变干时的体积收缩,愈是粘性大含水率高,出现龟裂的可能性就越大,一般出现在长期干旱地区和干旱的气候,在中国南方气候湿润,较为少见。
1.2非滑坡裂缝的处理
开挖回填。该法施工简便,效果较好,适用于深度不大的表面裂缝。通常将发生裂缝部分的土料全部挖出,重新回填,开挖槽的长度和深度都应超过裂缝的长度,如裂缝不深,可挖成梯形断面,然后回填和坝体相同的土料并分层仔细夯实,每层填土厚度0.1~0.15m。当裂缝较深时,为了开挖方便和安全,可挖成阶梯形坑槽,阶梯高度以1.5m为宜,回填时逐级削去台阶,保持梯形断面,对于不太深的贯穿性横向裂缝,为了防止在沟槽侧面新老土结合处形成集中渗流,还应沿着裂缝方向每隔5至6米挖结合槽,与裂缝相交成十字形。
裂缝灌浆。对于较深的裂缝可采用灌浆或上部开挖回填,下部灌浆的方法处理,以减少工程量。裂缝灌浆是使浆液填充裂缝,挤密裂缝周围的填土,达到堵塞裂缝加固坝体的目的。裂缝的灌浆一般采用粘土水泥浆。粘土掺加10%左右水泥的可以加快浆液的凝固时间,同时可减少浆液的收缩。浆液的稀稠度一般为1:2,在保证良好的灌入程度下,应尽量采用稠浆以减少凝固的体积收缩,灌浆时要由稀到稠的原则。
2、水库土坝的滑坡
产生滑坡的初期坝面上首先出现纵向裂缝,随后不断扩展,变成弧形,错距加大,并在下部坝面出现带状或椭圆形的隆起。后期滑坡移动加快,终于脱离原来的位置而坍塌滑出,有的可能是略微错开原来位置,但如果土的含水率高,可能滑出很远,在没有进一步的外力一般经过数小时到几天就慢慢稳定下来。产生滑坡的原因根本在于坝堤内部如堤坝坡度过陡、防渗排水设计不当;施工质量太差或软弱地基未经处理,而一些外部因素如水位条件等则往往引诱发作用,能够促使或加快滑坡的发生和发展。在水库蓄水期如果坝体压实质量不良好填土干容重达不到设计要求,水库蓄水时上游坡脚的填土由于浸水软化可能引起滑坡,另外有些历压不实的砂土在首次蓄水时也会出现坍滑的现象。如果下游坝坡较陡而浸润线较高,往往会在水库蓄满水一定的时间后产生滑坡,其原因主要由于渗透压力使滑动力增大而引起,由于高水位运行期,若遇上持续降雨那是十分危险的,因为持续降雨使坝体的填土饱和而增加滑动力,一旦发现滑动迹象应立即降低水库水位,但也要注意防止水位骤然下降时而引起迎水坡滑坡
滑坡的常规处理原则:减少滑动力与增大抗滑力,即上部减载与下部压重相结合。对于滑坡裂缝首先就要严防雨水渗涌进入裂缝口,地表水一旦大量进入到滑坡裂缝里将增加土的含水率,加大滑动力,当土质达到一定饱和度时整个滑坡体会很快的速度滑动,因此在处理滑坡时,第一时间就是确保滑动裂缝不能进水,其它措施就是在坝坡压重固脚,在基层水利的处理一般都是在滑坡下游堆筑沙包和抛块石以达到稳定固脚和排水作用。
2010年5月广东鹤山市桃源中胜水库因某电力地质钻探队违规施工,擅自在中胜水库壩体中进行钻探,钻探口径约十公分,钻探完成后没有及时把钻孔做处理,第二天普降暴雨,坝面大量的地表雨水流入该钻孔,由于源源不断的雨水大量流到孔里,犹如一条高压水管喷射到坝体的内部,造成坝体内的土含水饱和,坝体在三十分钟内在背水坡轰然出现大面积滑坡,整个坝体出现一条长达40米的纵向裂缝,裂缝口宽约40厘米,坝顶背水坡部分下蹋约1至1.5米,滑坡体象毛毯一样缓缓滑动。发现险情后,桃源镇水利站迅速用大幅的彩条布铺盖滑坡裂缝和上部滑坡体,在坝体两端挖沟导流地面水,并在裂缝口前筑起一道长长的小挡土堰防止地表雨水流入到裂缝去,经过对裂缝口止水后三小时滑坡体得稳定。稳定的一周后再采用综合措施,在下游开挖四条导渗沟,清理坝脚淤土,填筑压重固脚末端加筑反滤,坝顶的裂缝口用小型勾机开挖重新回填新的土料,回填时分层夯实,经过处理后效果相当良好。
3、土坝的渗漏
渗漏是水库土坝常见的问题,包括坝身的渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等。一般来说坝体和坝基填土料均有一定的透水性,水库蓄水后出现渗水是不可避免的,如果渗水量不大且不致引起渗透破坏的渗水都属于正常,反之如果渗水量很大而且可能导致渗透破坏的则属于异常渗漏,需分析其原因并针对性的采取措施进行处理。
3.1异常渗漏的表现形式和识别方法一般有以下几方面。
散浸现象。散浸是由于浸润线抬高,逸出点高于排水设施的顶点,使下游坝坡呈现非常潮湿的状态土体饱和软化,部分严重的可以看到水流顺坝面流下并听到响声,有些地方还可看到渗漏带出的红色类似铁质深沉物。散浸的渗漏会带走土料的颗粒,导致渗透破坏,如果逸出点太高还可能引起滑坡。
集中渗漏。成股水流涌出的现象都称集中渗漏,一般在坝身、坝基或两岸坡山都可能出现,水流集中在一个或几个管孔中,并以射流或无压流的形式流出,严重时会使坝身或岸坡坍塌。集中渗漏不一定在坝体脚附近或坝基附近出现,有的集中渗漏相隔坝体竟达数百数外。鹤山四堡水库大坝下游五百米有一处以泉水眼形式出现。
集中渗漏危害性很大,必须高度警惕,除了对水库进行定期的全面检查外,检查时应在坝脚延伸至五百米外,在高水位期更加要加强检查,密切观测渗水量的变化情况和水的浑浊程度。
3.2土坝的渗漏处理
处理土坝渗漏最基本原则是“前堵后排”,即上游采用防治措施,堵截渗漏的进口或延长渗径以降低渗透坡降并减少渗漏流量,在下游则将渗入的水安全排出。
前堵主要是在上游面修建防渗墙、抛粘土铺盖及铺土工布膜。修建防渗墙一般都要降低水位,揭开护坡后再碾压施工;抛粘土铺盖就可以不必放空水库可以随时进行施工。我们日常工程管理中遇到紧急的情况,这里我推荐介绍使用的是彩条布铺盖,主要是彩条布比土工膜更容易购买到,普遍在农村的杂货商店或五金商店也有销售,而且彩条布的面积边幅更大,一般也在4米宽,止水效果显著,因此彩条布非常适合紧急的状态下使用。
后排就是在下游坝坡渗漏的部位采用开沟导渗,把渗出的水安全导出,降低浸润线。当渗漏比较严重时且坝坡比较缓时可采用导渗砂槽,若渗漏比较严重但坝体又单薄且坝坡较陡可采用导渗培厚,在坝坡上铺上一层砂壳,再填上土增厚坝身,既处理坝坡渗漏又增加坝坡稳定,另外坝后的导渗也可采用反滤排水沟及减压井等等。
4、水库土坝的白蚁防与治
南方气候天气潮湿,气候和暖特别适合白蚁的生存和繁殖,每年4月到8月是白蚁活动最频繁期,防治白蚁的原则是“以防为主,防治结合”。当发现有白蚁时,要马上请专业机构进行灭治,先把整个蚁穴全歼再通过人工开挖填塞蚁穴。
综上述,作为水利工作者时刻要保持清醒头脑,克服麻痹大意的思想,要及时发现问题并处理险情,无论采取何种处理措施都要认真总结经验,力求以是最少的投资取得最好的效果。