水利工程管理

水利工程管理第1页/共34页水利工程管理

第2页/共34页土石坝的裂缝及处理一、土石坝裂缝类型及成因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，设计不甚合理所致。土坝裂缝是土坝常见的一种破坏形式。裂缝的形状和分布各不相同，按其分布、走向和成因分为以下几类：第3页/共34页按裂缝部位按裂缝走向按裂缝成因表面裂缝：暴露在坝体表面，缝口较宽，随深度变窄逐渐消失内部裂缝：坝体内部，水平裂缝呈透镜状，垂直裂缝下宽上窄横向裂缝：走向与坝轴线垂直或斜交，一般出现在坝顶纵向裂缝：走向与坝轴线平行或接近平行，出现在坝顶及坝坡上部水平裂缝：平行或接近水平面，常发生在坝体内部龟纹裂缝：呈龟纹状，无固定方向，与土坝表面垂直沉陷裂缝：由于不均匀沉陷引起滑坡裂缝：由滑坡体位移引起干缩裂缝：坝体中水分大量蒸发，土体干缩产生冰冻裂缝：坝体土料受冰冻影响而产生振动裂缝：在坝体经受强烈振动或烈度较大的地震后产生第4页/共34页二、土坝裂缝的检查1.龟纹裂缝：产生原因是土坝填土由湿变干时的体积收缩。在严寒地区，填土受冰冻也会产生。2.横向裂缝：相邻的坝段或坝基产生较大的不均匀沉陷时而产生。危害性很大，一般进行开挖回填处理。3.纵向裂缝纵向沉陷裂缝：由坝体或坝基的不均匀沉陷产生，接近于直线，铅垂地向内部延伸，缝宽和错距的发展是逐渐减慢的。第5页/共34页可采用开挖回填或灌浆法进行处理。纵向滑坡裂缝：呈弧形，向内部延伸时弯向上游或下游，缝的发展过程逐渐加快，到后期，在相应坡面或坝基上有带状或椭圆状隆起的土体。采用上部减轻，下部加重的方法进行处理。4.内部裂缝：浸润线是否抬高；单宽渗流量是否变大；渗水是否清澈5.土坝裂缝的检查观察异常情况第6页/共34页①同一高程上某观测点沉降值小（内部裂缝）②某坝段浸润线明显抬高；刚性防浪墙拉裂，坝身有明显塌坑（横向裂缝）③渗水清浑交替（贯穿裂缝或管涌通道）④短距离内沉降差较大以及土压力及孔隙水压力不正常的位置。土坝隐患探测法无损探测：电法探测有损探测人工破损探测同位素探测第7页/共34页三、土坝裂缝的预防措施1.龟纹裂缝的预防措施在竣工后的坝面上及时铺设砂性土保护层2.沉陷裂缝的预防措施（1）减少坝体和坝基的沉陷和不均匀沉陷（2）提高坝体填土适应变形的能力（3）必要的安全措施（横向裂缝和内部裂缝）第8页/共34页四、土坝裂缝的处理非滑坡性裂缝处理方法主要有开挖回填、灌浆和两者结合等方法。对于均质坝表面干裂且缝深小于0.5m的裂缝，只用泥浆封口，浸水后可自行闭合。对缝宽大于1m，缝深超过2m的纵向裂缝需开挖回填处理。（一）开挖回填法是处理裂缝比较彻底的方法梯形楔入法、梯形加盖法、梯形十字法第9页/共34页（二）灌浆法（重力灌浆、压力灌浆）（1）灌浆孔的布置“先稀后密”的孔序布置（2）灌浆浆液“先稀后稠”的浆液浓度，“粘粉结合”的浆料选择。浆液要有良好的流动性、析水性和收缩性。灌浆浆液一般有纯泥浆和水泥粘土浆。（3）灌浆压力是保证灌浆效果的关键。一般采用重力灌浆或低压灌浆。第10页/共34页（4）灌浆次数采用“少灌多复”可使浆体形成疏密相间和颗粒粗细相间的构造，提高充填密实度及防渗效果。（三）封堵法对于表面裂缝、冰冻裂缝、干缩龟裂等细小裂缝，可用泥浆封堵。第11页/共34页裂缝工程实例——三峡大坝发生裂缝的原因是多样的，由于工程巨大，气候条件，工程结构的特殊性等都会引起裂缝。绝大部分是因为一些客观环境，如温度变化。混凝土浇筑后会发热，温度变化对坝体应力和体积变化都有影响，以及周围气温、太阳辐射等都会引起坝体内外温差，产生温度裂缝。第12页/共34页凿开表层正待处理的不规则裂缝第13页/共34页不规则裂缝处理现场第14页/共34页处理措施:对裂缝采取了五道防线：(1)采用关键材料灌浆，把缝口灌好。(2)在缝口线嵌，用有效的防水材料。(3)再贴上一层固定橡胶把它贴住。(4)再喷上一层特种的水泥沙浆。(5)最后再喷上一层纤维混凝土材料。第15页/共34页土坝的滑坡及处理土坝坝体局部（有时带着部分地基）失去稳定，发生滑动，上部坍塌，下部隆起外移，这种现象称为滑坡。滑坡通常有下述特征：（1）裂缝两端向坝坡下部弯曲，缝呈弧形（2）裂缝两端产生相对错动（3）缝宽与错距的发展逐渐加快，而一般的沉陷裂缝的发展是随着时间的推移逐渐减缓，两者有明显的不同（4）滑坡裂缝的上部往往有塌陷，下部有隆起等现象。第16页/共34页一、滑坡类型1.剪切性滑坡：多发生在坝基和坝体除高塑性以外的粘土中。主要原因是坝坡坡度太陡，填土压密程度较差，渗透水压力较大造成的。滑坡体第17页/共34页2.塑流性滑坡：主要发生在含水量较大的高塑性粘土填筑的坝体。高塑性粘土在一定的荷载作用下会产生蠕动或塑性流动，使坝体出现连续位移和变形。滑坡体第18页/共34页3.液化性滑坡：多发生在坝体和坝基土层为均匀的中细砂或粉砂的情况下。坝体向坝趾方向急剧流泻，其过程类似流体向地势低的地方流散。滑坡后坝体第19页/共34页二、滑坡原因1.勘测设计方面坝基及两岸基础，设计中选择的计算指标偏高2.施工方面土料、碾压不合格，施工不严格，在特殊时期及特殊部位没有进行必要的处理3.管理运用方面库水位降落太快，排水减压设施堵塞而没有及时清理，反滤体堵塞第20页/共34页4.其他方面强烈地震、爆破、特大暴雨和风浪等特殊情况三、滑坡的检查观测1.在关键时期加强检查高水位时期，水位骤降时期，发生持续的特大暴雨和风浪时期，回春解冻之后，发生强烈地震后2.对关键指标进行观测裂缝，位移，浸润线，渗漏量，孔隙水压力第21页/共34页四、滑坡的处理1.滑坡的防止2.处理原则“上部减载”与“下部压重”，目的是减小滑动力，增加抗滑力。3.临时抢护滑坡仍处于进行阶段时应采取临时抢护措施（1）迎水坡由于库水位骤降引起滑坡（2）背水坡由于水库蓄水渗漏引起滑坡第22页/共34页4.滑坡稳定后的处理①开挖回填②放缓坝坡③压重固脚④加强防渗设施⑤加强排水设施5.处理时应注意的问题根据不同原因采取相应措施；对迎水坡的抢护要摸清滑坡位置；对滑坡性裂缝不应采取灌浆法处理；滑坡体的开挖与回填应符合“上部减载”与“下部压重”的原则；不宜用打桩固脚的方法处理滑坡。第23页/共34页工程实例——广东省大秦水库1.概况水库位于广东省清远县太平镇，建于1974年，总库容1053万立方米，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电及养殖等综合利用工程。主坝为均质土坝，最大坝高37.7m，坝顶长450m，坝顶宽5m，坝顶高程72.7m，正常蓄水位65m，水库按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。1982年5月12日特大暴雨后，水库淤积达到143.1万立方米，使输水涵管进口埋进淤泥第24页/共34页下1m，年年需要清淤。1992年10月决定废除该涵管，改在其右侧约70m处顶进一条直径1.4m的输水钢管，将进水口高程抬高6m。水库从10月20日开始放空，进行顶管，当水库水位在58.8m高程，水位降速由0.45m/d逐渐增到0.8m/d，从28日起为1.2m/d，30日凌晨约4：00~5：00时，在旧涵左侧约20m处迎水坡坡脚发生局部滑坡，当时水位为50.5m。同时在坝轴线转弯处左侧主河槽坝段距坝顶1~5m的背水坡出现三条沿第25页/共34页坝轴线方向的纵向裂缝。11月14日又有垂直坝轴线的横向裂缝出现在背水坡。第26页/共34页2.滑坡和裂缝的危害第一次滑坡在58m高程之下，相隔约1h，在62.6m高程发生第二次滑坡，两次滑坡后的范围长47m，宽45m，高差15.6m，最大深度7.8m，滑坡面呈圆弧形，滑坡体积约5500立方米。第27页/共34页第28页/共34页30日观测主河槽坝体背水坡最大纵向裂缝长61m，缝宽10~20mm。31日最大纵向裂缝长100m，缝宽约20~40mm。11月2日最大裂缝左端切断坝肩排水沟，并穿过坝顶进入迎水坡数米，略呈弧形，长约200m，最大错位及缝宽分别为51mm和65mm。滑坡及裂缝给工程带来很大隐患。（1）纵向裂缝贯通整个主河槽坝段，两断开始向上游发展，暴雨后大量地表水浸入裂缝，在新的渗透压力作用下，裂缝可能进一步发展形成滑坡裂缝。（2）滑坡部位遇到降雨可能会继续发生新的塌坡。第29页/共34页3.位移监测为了分析诱发滑坡的原因，随时掌握裂缝的发展和坝体的变化情况，以便采取有效的处理。（1）在主河槽段坝顶和迎水坡坡脚各设一排6个观测点监测坝体的水平位移。（2）在主河槽段的坝顶设一排5个观测点；迎水坡及背水坡不同高程各设4排，每排5个观测点监测坝体垂直位移。（3）沿最大纵向裂缝布置10个观测点观测裂缝的发展变化情况。第30页/共34页第31页/共34页滑坡产生的原因主要因素是库水位下降过程中排水不畅，坝体出现较大的孔隙水压力而引起失稳，属于浅层滑坡，还与坝和原山岗之间土层结合不好有关。①地形因素滑坡体所处的地形是一座低于58m高程原山岗斜坡，自然坡度约15度。因此形成一个原山岗土和筑坝填土的结合面，从滑坡体的边界推测，滑坡面与结合面相切，因此坝体有沿第32页/共34页结合面下滑的可能