水利工程管理——土石坝的养护修理.docx
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第一节土石坝的日常维护
土石坝日常维护工作的主要内容如下所述。
(1)不得在坝面上种植树木、农作物,严禁放牧、铲草皮以及搬动护坡的砂石材料,以防止水土流失、坝面干裂和出现其它损害。
(2)经常保持坝顶、坝坡、戗台、防浪墙的完整,对表面的坍塌、隆起、细微裂缝,雨水冲沟、蚁穴兽洞,应加强检查,及时养护修理。
护坡砌石如有松动、风化、冻毁或被风浪冲击损坏,应及时更新修复,保证坝面完整清洁、坝体轮廓清楚。
(3)严禁在坝顶、坝坡及戗台上堆放重物,建筑房屋,敷设水管,行驶重量、振动较大的机械车辆,以免引起不均匀沉陷或滑坡破坏。
(4)在对土石坝安全有影响的范围内,不准任意挖坑、建塘、打井、爆破、炸鱼或进行其它对工程有害的活动,以免造成土坝裂缝、滑坡和渗漏。
(5)不得利用护坡作装卸码头,靠近护坡不得停泊船只、木筏,更不允许船只高速行驶,对坝前较大的飘浮物应及时打捞,以保护护坡的完整。
(6)经常保持坝面和坝端山坡排水设施的完整,经常清淤,保证排水畅通。
(7)在下游导渗设备上不能随意搬动砂、石材料以及打桩、钻孔等损坏工程结构的活动。
并应避免河水倒灌和回流冲刷。
(8)正确地控制库水位,务必使各时期水位及其降落速度符合设计要求,以免引起土坝上游坡滑坡。
(9)注意各种观测仪器和其它设备的维护,如灯柱、线管、栏杆、标点盖等,应定期涂刷油漆,防锈防腐。
(10)寒冷地区,冰冻前应消除坝面排水系统内的积水,每逢下雪,应将坝顶、台阶及其它不应积雪部位的积雪扫除干净,以防冻胀、冻裂破坏。
第二节土石坝的裂缝与处理
裂缝的危害:
1、渗漏通道
2、滑坡征兆
3、影响正常蓄水
一、裂缝的类型
1、按其方向可分为龟状裂缝、横向裂缝和纵向裂缝
2、按其产生原因可分为干缩裂缝、冻融裂缝、不均匀沉陷裂缝、滑坡裂缝、水力劈裂缝、塑流裂缝、震动裂缝
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按其部位可分为表面裂缝和内部裂缝等。
二、裂缝的成因及特征
(一)干缩和冻融裂缝
干缩和冻融裂缝是由于坝体受气候的影响或植物的影响,土料中水分大量蒸发或冻胀,在土体干缩或膨胀过程中产生的。
1、干缩裂缝
1)产生原因在粘性土中,土粒周围的薄膜水因蒸发而减薄,土粒与土粒在薄膜水分子吸引作用下互相移近,引起土体干缩,当收缩引起的拉应力超过一定限度时,土体即会出现裂缝。
2)特征在坝体表面,分布较广,呈龟裂状,密集交错,缝的间距比较均匀,无上下错动。
一般与坝体表面垂直,上宽下窄,呈楔形尖灭,缝宽通常小于lcm,个别情况下也可能较宽较深。
2、冻融裂缝
1)产生原因裂缝主要由冰冻而产生。
即当气温下降时土体因冰冻而冻胀,气温升高时冰融,但经过冻融的土体不会恢复到原来的密实度,反复冻融,土体表面就形成裂缝。
2)特征 发生在冻土层以内,表层破碎,有脱空现象,缝深及缝宽随气温而异。
(二)纵向裂缝
纵向裂缝:
行于坝轴线的裂缝称纵向裂缝。
1、成因及特征坝体在横向断面上不同土料的固结速度不同,或由坝体、坝基在横断面上产生较大的不均匀沉陷所造成的。
一般规模较大,基本上是垂直地向坝体内部延伸,多发生在坝的顶部或内外坝肩附近。
其长度一般可延伸数十米至数百米,缝深几米至十几米,缝宽几毫米至几十厘米,两侧错距不大于30cm。
2、常见部位
(1)坝壳与心墙或斜墙的结合面处,由于坝壳与心墙、斜墙的土料不同,压缩性有较大差异,填筑压实的质量亦不相同,因固结速度不同,致使在结合面处出现不均匀沉陷的纵向裂缝。
如图6-1所示。
(2)坝基沿横断面开挖处理不当处。
具体如下:
(1)在未经处理的湿陷性黄土地基上筑坝,由于坝的中部荷载大,施工中坝基沉陷也大,蓄水后的湿陷较小,而上下游侧由于荷载小,坝基沉陷小,蓄水后的湿陷反而大,可能产生纵向裂缝。
如图6-2(a)所示。
(2)沿坝基横断面方向上,因软土地基厚度不同或部分为粘软土地基,部分为岩基,在坝体荷重作用下,地基发生不均匀沉陷,引起坝体纵向缝。
如图6-2(b)所示。
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(3)坝体横向分区填筑结合面处,施工时分别从上下游取土填筑,土料性质不同,或上下游坝身碾压质量不同,或上下游进度不平衡,填筑层高差过大,接合面坡度太陡,不便碾压,甚至有漏压现象,因此蓄水后在横向分区结合处产生纵向裂缝。
(4)与截水槽对应的坝顶处,因截水槽的压缩性比两侧自然土基压缩性小,与截水槽对应的坝顶处的沉陷比两侧坝坡的沉陷小,故而产生纵向裂缝,如图6-3所示。
(5)跨骑在山脊的土坝两侧,在固结沉陷时,同时向两侧移动,坝顶容易出现纵向裂缝,如图6-4所示。
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(三)横向裂缝
走向与坝轴线大致垂直的裂缝称为横向裂缝。
1.成因与特征
横向裂缝产生的根本原因是沿坝轴线纵剖面方向相邻坝段的坝高不同或坝基的覆盖厚度不同,产生不均匀沉陷,当不均匀沉陷超过一定限度时,即出现裂缝。
常见于坝端。
一般接近铅直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,偶而可见更深、更宽的裂缝。
缝两侧可能错开几厘米甚至几十厘米。
横向裂缝对坝体危害极大,特别是贯穿心墙或斜墙、造成集中渗流通道的横向裂缝。
2.常见部位
(1)坝体沿坝轴线方向的不均匀沉陷。
坝身与岸坡接头坝段,河床
与台地的交接处,涵洞的上部等,均由于不均匀沉陷,极易产生横向裂缝。
(2)坝基地质构造不同,施工开挖处理不当而产生横向裂缝。
有压缩性大(如湿陷性黄土)的坝段,或坝基岩盘起伏不平,局部隆起,而施工中又未加处理,则相邻两部位容易产生不均匀沉陷,而引起横向裂缝。
(3)坝体与刚性建筑物结合处。
坝体与刚性建筑物结合处往往会因为不均匀沉陷引起横向裂缝。
坝体与溢洪道导墙连接的坝段就属于这种情况。
(4)坝体分段施工的结合部位处理不当。
在土石坝合龙的龙口坝段、施工时土料上坝线路、集中卸料点及分段施工的接头等处往往由于结合面坡度较陡,各段坝体碾压密实度不同甚至漏压而引起不均匀沉陷,产生横向裂缝。
(四)内部裂缝
内部裂缝很难从坝面上发现,往往发展成集中渗流通道,造成了险情才被发觉,使维修工作被动,甚至无法补救,所以坝体内部裂缝危害性很大。
根据实践经验,内部裂缝常在以下部位发生:
(1)薄心墙土坝。
由于心墙土料运用后期可压缩性比两侧坝壳大,若心墙与坝壳之间过渡层又不理想,则心墙沉陷受坝壳的约束产生了拱效应,拱效应使心墙中的垂直应力减小,甚至使垂直应力由压变拉而在心墙中产生水平裂缝,如图6-6所示。
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(2)修建在局部高压缩性地基上的土坝,因坝基局部沉陷量大,使坝底部发生拉应变过大而产生横向或纵向的内部裂缝,如图6-7所示。
(3)修建于狭窄山谷中的坝,在地基沉陷的过程中,上部坝体通过拱作用传递到两端,拱下部坝沉陷量较大,因而产生拉应力,坝体内产生裂缝,如图6-8所示。
(4)坝体和刚性建筑物相邻部位。
因刚性建筑物比周围的河床冲积层或坝体填土的压缩性小得多,从而使坝体和刚性建筑物相邻部位因不均匀沉陷而产生内部裂缝,如图6-9所示。
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对于内部裂缝,可根据坝体表面和内部的沉陷资料,结合地形、地质、坝型和施工质量等条件进行分析,做出正确判断。
必要时,还可以钻孔,挖探槽或探井进行检查,进一步证实。
对于没有观测设备的中小型水库土坝,主要依靠加强管理,通过蓄水后对渗流量与渗水浑浊度的观测来发现坝体的异常现象。
三、裂缝的预防
土坝裂缝的防治首先在于防。
而土坝裂缝的预防措施,可归纳为设计、施工和管理三个方面。
即在设计时提出裂缝可能产生的部位,在施工中采取必要的措施,在管理上加强养护,正确运用。
1.设计阶段
由前述裂缝的成因可知,大多数裂缝均由坝体或坝基的不均匀沉陷引起,故设计中,应考虑如何减小坝体的不均匀沉陷。
如坝基中的软土层应预先挖除;湿陷性黄土应预先浸水,事先沉陷;坝体两端的山坡和台地应按具体条件开挖成较缓的边坡,切忌有倒坡和峭壁存在;与坝接触的刚性
建筑物(如坝下涵洞、溢洪道、截水墙等),应使其接触面有一定的正坡,减少坝体的不均匀沉陷,有利于坝体与刚性建筑物的结合;土坝与其它建筑物或岸坡的接合处应适当加厚粘土防渗体,防止裂缝贯穿防渗体;对坝体应根据土壤特性和碾压条件,选择合适的含水量和填筑标准。
2.施工阶段
施工必须按设计提出的要求进行,严格把握好清基、上坝土质、含水量、填筑层厚和碾压标准等各项施工质量,妥善处理划块填筑的接缝,施工停歇期较长时,粘性土的填筑面应铺设临时砂土或松土保护层,复填时应清除保护层、刨松填筑面,注意新老面的结合,防止填筑面的干缩。
3.管理运行阶段
在运行管理期间,首先应按日常维护工作的具体要求进行养护,其次需特别注意库水位的升降速度,即首次蓄水应逐年分期提高库水位,以防
止因突然增加荷载和湿陷产生裂缝;正常供水期要限制库水位的下降速度,防止因库水位骤降而导致迎水坡产生滑坡裂缝。
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四、裂缝的判断
前所述及的土坝裂缝,主要是干缩、冻融裂缝,纵、横裂缝及内部裂
缝,在实际工程中,对于前四者可根据各自的特点加以判断,但需注意纵
向裂缝和滑坡裂缝的区别,另外需注意判断分析内部裂缝,只有判断准确
,
才能正确拟定方案,采取有效的处理措施。
1.滑坡裂缝与纵向裂缝的区别
(1)纵向沉陷缝一般接近于直线,垂直向下延伸;而滑坡裂缝一般呈弧形,向坝脚延伸。
(2)纵向沉陷缝发展过程缓慢,随土体固结到一定程度而停止,而滑坡裂缝初期较慢,当滑坡体失稳后突然加快,如图6-10所示。
(3)纵向沉陷缝,缝宽为几毫米至几十毫米,错距不超过30cm,而滑坡裂缝的宽度可达lm以上,错距可达数米。
(4)滑坡裂缝发展到后期,在相应部位的坝面或坝基上有带状或椭圆形隆起,而沉陷缝不明显。
2.内部裂缝判断
内部裂缝判断,具体可结合坝体坝基情况从以下各方面进行分析判断
,
如有其中之一者,可能产生内部裂缝。
(1)当库水位升高到某一高程时,在无外界影响的情况下,渗漏量突然加大。
(2)当实测沉陷远小于设计沉陷,而又没有其它影响因素时,应结合地形、地质、坝型和施工质量等进行分析判断。
(3)某坝段沉陷量、位移量比较大。
(4)单位坝高的沉陷量和相邻坝段悬殊很大。
(5)个别测压管水位比同断面的其它测压管水位低很多,浸润线呈现反常情况;或做注水试验,其渗透系数远超过坝体其它部位;或当水库
水位升到某一数值时,测压管水位突然升高。
(6)钻探时孔口无回水,或者有掉钻现象。
(7)用电法探测裂缝,详细介绍见第十一章第一节。
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五、裂缝的处理
裂缝处理前,首先应根据观测资料、裂缝特征和部位,结合现场探测结果,分析裂缝类型、产生原因,然后按照不同情况,采取针对性措施,适时进行加固和处理。
非滑坡性裂缝处理方法主要有开挖回填、灌浆和两者相结合三种方法
(一)开挖回填
开挖回填是处理裂缝比较彻底的方法,适用于处理深度不超过3m的裂缝,或允许放空水库进行修补加固防渗部位的裂缝。
1.裂缝开挖
开挖中应注意的事项如下:
(1)开挖前应向裂缝内灌入较稀的石灰水,使开挖沿石灰痕迹进行,以利掌握开挖边界。
(2)对
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