岩溶山区修建土坝常见病害及治理

摘要：文章根据安龙县的实际情况，对修建土坝常见病害以及原因进行了分析，探讨了土坝病害预防和治理措施，确保水库大坝的安全运行。

关键词：土坝；病害；治理

中图分类号：TV698.23 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-03-0297-2

安龙县地处云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，属乌蒙山脉东南侧边缘岩溶化山原区。在地质构造运动各种内外动力长期作用下，县境内地貌复杂多样，综观全县地貌，中部平缓，北高南低，西高东低，河谷深切，岩溶发育，岩溶的基本特征为：岩溶发育在岩溶水动力条件（渗透途径、水力坡降、渗透方向及流速）作用下，岩性和构造起到了发展和牵引岩溶发育的作用，水系一般是岩溶空间发育的最低暂时侵蚀基准面，它起到降低岩溶水排水基准面的作用。由于安龙县境内地形起伏较大，河流切割强烈，岩溶地层多，构造破坏剧烈，因而岩溶形态和类型繁多。

因此在安龙县境内岩溶山区修建土坝存在一些技术性问题。首先，岩溶渗漏带的渗漏容易导致坝身管涌，塌陷甚至垮坝，岩坡截流结合不好易引起坝身裂缝、渗漏和塌陷。其次对于山区峡谷的水库，一般坝相对较高，单位库容工程量大，有的地方水土流失严重，土料来源困难，一个枯水季节难于全部建成，如跨年施工渡槽，导流布置岸边临时溢洪道不仅困难而且也易造成工程隐患。第三、山区雨洪暴涨暴落，而大多数是小受水面积区域内，又无水文实测资料，洪水总量和洪峰流量很难准确计算，也易出现漫坝溃坝事故。

1 土坝常见病害

根据各地观测资料和总结，岩溶山区修建的土坝病害问题可归纳为四个方面，即：滑坡，管涌，塌陷，浸润线出露高和各种裂缝。

1.1 滑坡

滑坡产生的原因：①大多是坝体填土含水量大，干么重小，不能满足坝坡稳定要求。②填土与岸坡结合不好，坝肩有裂缝通道，坝基未设截流墙，反滤层质量差，渗漏严重所致。③管理运行不当，造成水位骤降，诱发滑坡。

1.2 管涌、塌陷

坝身产生管涌、塌陷多为修建在岩溶坝址上的土坝。岩溶坝址的基础大多数都有几米甚至十几米粘土覆盖，但这些覆盖层多为坡积残积或风化溶蚀残积而成，有较大透水性，水库蓄水后，由于水压力的人用，带走溶沟、溶槽或裂缝管道中充填的粘土，从渐变到突变，形成管涌、塌陷。

1.3 浸润线出露高

造成浸润线出露高的原因，主要是坝身填筑质量差，一是土料含水量控制不好，超过最优含水量；二是铺土过厚，碾压不实；三是上下层左右段两侧的接缝没有处理好，导致上下游直接贯通，坝身普遍散浸。

1.4 各种裂缝

裂缝有横缝、纵缝、沉陷缝、干缩缝。除干缩缝外，主要是由于不均匀沉陷形成，裂缝大多数为横缝。横缝发在岸坡附近，因为土坝河床断面填土高，两岸填土低，坝身土料压缩产生不均匀沉陷，加之岸坡陡，土料与岸坡基岩结合不佳，两岸往往又是施工道路所在，夯压不实或漏压机会多，致使岸坡常产生一些横向裂缝而形成漏水通道。纵缝主要是填土含水量大，填筑质量差，施工分块不当等原因导致坝身干缩引起，这种龟裂一般不深，多数达不到1米就尖灭了，但也要及时处理，防止雨水灌入而造成局部滑坡。

2 土坝病害原因分析

2.1 填土质量差

由于含水量、干么重控制不严，土块大、土质差、填土抗剪性能不良，施工分块不当，新老土结合差所致。

2.2 管理运行不当

岩溶山区土料多为风化的坡积残积土，物理力学指标低，根据各地多年对土坝观测的资料显示，如库水位一天之内降低1m以上，往往引起上游坝面滑坡。

2.3 选择坝址不当

岩溶发育的河流，如事前对坝基缺乏必要的勘探研究、设计和施工中对基础处理不善，坝身与岸坡结合差，就很容易造成渗漏、管涌和塌陷。

2.4 反滤排水设备设计不周

大坝设计的原则是迎水面防渗，背水面排水，对渗水要给“出路”，设反滤排水的目的也就是排水保土。如果设计范围和尺寸不够，施工质量不好也就起不到应有的作用。困为水库蓄水后，坝体必然浸润，如果没有反滤排水降低渗透水压，渗透水流势必从坝身中上部逸出，如填土质量很差，渗透系数很大，则浸润线更高，渗透压力更大，时间长了，就会带走土料，形成流土、管涌、滑坡及塌陷。

2.5 坝内放水涵管设计不周

五十年代设计的工程，没有考虑检修补漏，所以涵管断面普遍偏小，人无法进去检修，有的涵管施工质量差，多数没有涵衣，结果漏水沿管背形成管涌。多数涵管直接设置在软基上，很容易由不均匀沉陷产生断裂。有些涵管不设截流环，造成管涌漏水，导致涵管上部坝身塌陷。

3 土坝病害预防和处理措施

3.1 做好土坝设计，把好填土质量关

防止土坝病害，必须从勘测试验设计开始，要根据土场土料情况，做好规划，取土样作物理力学试验，据此进行坝坡稳定分析，正确选定坝坡。正确的设计必须有正确的施工才能确保工程质量，每层土厚度要控制在25-30cm，而且土块不能太大，要控制好含水量，掌握碾压功能，使其能达到最大干么重。碾压坝体要取样作干么重和含水量的测定，作好施工记录，检查是否符合设计要求。雨季施工，要注意坝面排水。冰冻或雨雪之后开工，坝面表层土要挖除后继续填土。分块施工和铺土，要犬牙交错，上下前后不能造成通缝。分期施工和加高的土坝，要认真处理好新老坝体的结合。土料质地有差别时，透水性小的粘土要填筑在迎水坝面。斜墙防渗体要有一定的厚度，一般高20m左右的土坝，防渗体厚度约相当于1/4水头（见图1），但水平宽度要有3-4m，方便碾压。

3.2 正确选择坝轴线，认真处理基础

选择坝址应作必要的地质工作，土坝最好不选在石灰岩层而选在页岩或没有溶洞、泉井、溶沟、溶槽的坝址上，基础处理首先要做好截流，一定要从河底截至两岸坝顶，不能只截河底，而且截流墙应嵌入不透水基岩约1m以上。一般土坝每个横断面所设坝基截流墙所增长的渗径应为坝底水平长度的10-15%，截流槽的尺寸应有利于施工和保证截流质量。土坝的岩坡不能过陡，最好控制在1：1左右，局部地方不要陡于1：0.75-0.5，不允许留有凹岩腔，有倒坡或反坡的地方要削坡，或用浆砌石顺坡补平。坝基的泉井，要尽量查明来源，把泉水导出坝体外，切忌使泉水和库水联通，使库水漏出坝外，并危及坝身安全。

3.3 搞好反滤排水设施

背水坡滤水坝趾的高度，一般为1/5-1/6坝高（图2），通过计算绘制浸润线的末端使浸水不逸出背水面上坡来确定。同时，可根据当地土石的贮量和质量情况，结合考虑气候和施工条件，经过技经比较选定。坝后排水也可作成斜坡式的反滤层，坝后排水两岸都要有，两岸可做成反滤排水暗沟，从坝顶向下5m开始布置，纵横交叉连通到河床滤水坝趾，排水暗沟的位置，一般距背水坡脚3-5m，也可以根据浸润线的位置来布置。

3.4 加强水库的运行管理

管理单位要加强水工（沉陷、位移、裂缝等）、水文和气象观测，注意工程建筑物的变化趋势。在运行调度中防止水位骤降，特别是当土坝出现纵向裂缝时，要注意观测裂缝的发展趋势，千万不能让雨水灌入缝中，引起滑坡。

3.5 做好涵管的设计和搞好施工

涵管是水库放水设施，质量好坏，直接影响土坝枢纽安全。

(1)涵管设计：涵管断面除满足输水流量的要求外，还要满足进入检修要求，断面不能太小。土坝坝身内切勿设压力管，不得时必须处理好伸缩缝接头。

(2)涵管以采用拱形盖板为宜，可用拱石，也可浇素砼，根据地基变化情况，设置沉陷缝，涵管要布置在基岩上，避开软基，切勿建在坝身填土上。

(3)做好涵衣和截流环，涵管四周要包0.1-0.3m厚的涵衣，否则库水易沿涵管外壁与坝身结合面渗漏。沿涵管轴线方向要布置截流环，尺寸要恰当，不宜太小，截流环的间距不超过10-20m，迎水面布置密些。

3.6 正确设计溢洪道

对洪水要进行实地调查并用多种方法进行分析估算，对设计成果要做合理性的分析，并根据建筑物的等级及对洪水估算后的可靠性还要有0.5-1m的安全超高，并设置防浪墙，溢洪道的基础要尽量选在基岩上，尾水不能危及坝脚安全及冲毁农田。

作者简介：杨枫（1974-），男，布依族，贵州安龙人，贵州省安龙县戈塘镇水利站站长，水文地质及工程地质助理工程师。