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标题	佛寺水库坝顶路面裂缝调查及分析
范文	陶卫华+王彦军+胡光炎+张凯 摘要：在对佛寺水库坝顶裂缝情况详细普查的基础上，通过挖探坑和灌浆方法，对裂缝进行了针对性的调查分析。结合普查与调查分析成果，对佛寺水库坝顶裂缝进行了成因分析。得出如下结论：（1）坝顶裂缝并未延伸至原砂石路下垫层，亦即未影响到心墙部位，表明坝顶混凝土路面裂缝不是心墙与坝壳料沉降不均匀造成的。（2）坝顶混凝土路面砂砾石层在顺河向分布厚度不均，是造成坝顶混凝土路面裂缝的内因。车辆超过坝顶混凝土路面设计荷载是造成其裂缝的外因。同时由于坝顶在上游侧设置有防浪墙，车辆通过坝顶过程中本能地偏向下游侧行驶，这也是造成坝顶混凝土路面不均匀裂缝的外因。（3）建议对坝顶裂缝进行处理，限制坝顶路面通过社会车辆，同时加强监测与巡视检查，防止坝顶裂缝进一步发展。 关键词：佛寺水库；混凝土路面；裂缝；成因分析 中图分类号：TV314 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1229-04 Abstract：On the basis of general survey on the cracking situation at the crest of the Fosi Reservoir dam，a specific study on the cracks was conducted using the test boring and grouting methods.The cause of cracks on the dam crest of the Fosi Reservoir was analyzed.The results suggested that （1） the cracks at the crest do not extend to the underlayer of the original gravel road，i.e.，no influence on the core wall，which indicates that the cracks on the concrete pavement are not caused by the non-uniform settlement between the core wall and dam shell；（2） The non-uniform distribution of the gravel layer material of the concrete road is the primary cause of the cracks，and the higher loading from the vehicles than the design loading of the road is the secondary cause.Meanwhile，due to the existence of wave walls in the upstream of the crest，vehicles tend to move towards the downstream side，leading to the non-uniform cracks on the dam crest；and （3） the cracks at the dam crest need to be fixed，the number of public vehicles needs to be limited，and more monitoring and perambulatory inspection are proposed to prevent the crack propagation. Key words：Fosi Reservoir；concrete road；crack；cause analysis 裂缝是水工建筑物中普遍存在的问题，而随着高土石坝的大量兴建，土石坝施工运行中的坝顶裂缝成为了近年来的一个重要研究课题。例如，江西省安福县社上水库一号坝[1]为斜心墙土坝。2001年10月17日，一号坝坝顶出现了一条与坝轴大致平行纵向裂缝，裂缝长106.15 m，呈张开状，最大缝宽约30 mm。根据现场检测及实验[2-4]，结合裂缝追踪开挖结果等因素综合判断，一号坝坝顶出现裂缝的原因主要是库水位的快速下降，使上游坝坡处于抗滑失稳的临界状态，并因此产生了过大的变形。小浪底水库大坝[5]为斜心墙坝，坝顶高程281.00 m，设计坝高154 m，坝顶长1 667 m，坝顶宽15 m。2001年巡视检查时发现坝顶存在一条长约100 m、最大宽度约10 mm的非连续纵向裂缝；2003年发现坝顶存在一条长160 m、最大宽度约4 mm的连续裂缝。为了分析裂缝产生的原因，在裂缝最大部位范围横跨裂缝开挖探坑，探坑裂缝沿坝轴线方向平直无弧形，缝面基本竖向，裂缝两侧无错台。裂缝特征和研究结果表明坝顶部位的不均匀变形是坝顶下游侧产生纵向裂缝的直接原因。埃尔因菲尼罗坝[5]位于墨西哥西南巴尔萨斯河，坝高约148 m，坝顶长344 m。水库蓄水后左岸坝肩出现一条横向裂缝，宽约1 cm，右岸坝肩出现一系列的横向细纹裂缝，宽约1 mm，开裂部位存在于心墙上游保护层的粗粒料内。由实测资料分析得出结论，蓄水过程和高水位对坝顶沉降与顺河向的水平变位有着直接的影响，是导致该坝坝顶产生横向裂缝的主要原因。裂缝的存在会导致大坝长期带病运行，影响水库效益的发挥，继续发展还将可能导致溃坝等严重后果。因此，当土石坝坝顶出现裂缝时，需对裂缝的形态进行调查检测，分析其成因，制定和采取合适的措施防止裂缝的进一步发展[6]。本文针对佛寺水库坝顶混凝土路面裂缝[7]进行了调查，分析了成因，提出了处理建议。 1 工程概况 佛寺水库位于辽宁省阜新蒙古族自治县佛寺乡境内细河支流伊马图河中下游，属大凌河流域，距阜新市约20 km，是一座具有防洪、供水、灌溉、养鱼等综合效益的大（二）型水库。最大库容1.47 亿m3，水库控制流域面积600 km2。 佛寺水库枢纽工程主要由主坝、溢洪道、输水洞、副坝组成。主坝为黏土心墙砂砾石坝，最大坝高23.05 m，坝顶为混凝土路面，长720.0 m，宽6.0 m，顶高程为148.05 m。防浪墙顶高程为149.25 m。黏土心墙顶高程为146.00 m，顶宽4.0 m，底宽11.0 m。上游坝坡坡比自下而上分别为1∶3.0、1∶2.75、1∶2.5，在130.00 m、137.00 m高程上各设置宽2.0 m的马道，坡面采用大块石护坡，厚度约为0.85 m；下游坝坡坡比自下而上为1∶2.75、1∶2.5，在137.00 m高程上设置宽1.5 m的马道，采用碎石护坡，厚度约为0.35 m，下游坝坡每隔150 m设一道阶梯道与纵横排水相配合。黏土心墙两侧坝壳为壤土，壤土两侧坝壳料为砂砾石，主坝典型断面结构图见图1。 2 坝顶路面裂缝现状调查 2.1 裂缝现状 佛寺水库2001年对原有路面加高25 cm砂砾石垫层，并在其上部浇筑10 cm厚混凝土，形成6.0 m宽坝顶路面。经调查，坝顶公路沿坝轴线方向90%已出现裂缝，统计共有裂缝167条，裂缝宽度5～30 mm，局部可达到40 mm。坝体中部个别段裂缝两侧路面可见1～5 mm高差。防浪墙墙面抹灰出现网状裂纹。下游路肩为混凝土连续墙结构，与路面之间大部分裂开，其裂缝宽度一般在40 mm左右，最大为60 mm。坝顶裂缝特征见图2-图5，主要裂缝情况统计见表1。 2.2 裂缝现场检查 为了调查坝顶路面裂缝天然状态及向下延伸情况，在坝顶路面选择裂缝较大处先后挖探坑3个（桩号分别为0+338、0+348、0+350），探坑位置见图6。其中，TK5为直接开挖；BTK1、BTK2先沿裂缝灌注白灰浆液，待白灰浆液渗透12～14 h后进行开挖，在探坑断面处，观测白灰浆液渗透路径及渗透范围[8]。 如图7所示，坝顶路面至黏土心墙顶面约70 cm，根据揭露土层状况，从上至下可分为5个主要人工填筑层，即混凝土路面、路面下10 cm厚砂砾石垫层、原砂砾石路上垫层、原砂砾石路下垫层、黏土心墙。其中原砂砾石路面上层颗粒较细，粒径多为2～5 mm；下层较粗，多为大于2 cm的碎石，并且含有粒径为5～10 cm的较大块石。 裂缝贯通混凝土路面，混凝土路面下探坑侧壁未发现贯通裂缝，白灰浆液沿混凝土路面裂缝渗入下部垫层，沿下部垫层向两侧有扇形渗入现象。BTK1探坑在原砂石路上、下垫层中未见明显渗入现象，见图8；BTK2探坑在原砂石路面不均匀处，白灰浆液沿原砂石路上垫层碎石边缘也有部分渗入现象，原砂石路下垫层及其下部未见渗入，见图9。 3 坝顶路面裂缝成因分析 布置钻孔ZK4-1，与ZK4连线垂直坝轴线，距离ZK4钻孔1.5 m，距离防浪墙0.5 m，ZK4-1钻孔原砂砾石路垫层厚2.6 m，ZK4钻孔原砂砾石路垫层厚2.1 m。可见，原砂砾石路厚度在垂直坝轴线方向上并不均匀。示意剖面见图10。在沿坝轴线方向上，原砂砾石路厚度也不均匀，左坝段厚度为1.5～2.3 m，右坝段厚度为0.7 m。 从挖坑灌注石灰浆现场试验结果[9-11]看，坝顶裂缝并未延伸至原砂石路下垫层，亦即未影响到心墙部位，可见坝顶混凝土路面裂缝不是心墙与坝壳料[12-14]沉降不均匀造成的。 通过钻孔ZK4-1和ZK4揭示的混凝土路面以下砂砾石层分布情况看，坝顶混凝土路面砂砾石层在顺河向分布厚度不均，这是造成坝顶混凝土路面裂缝的内因。 从佛寺水库多年运行情况看，坝顶路面未设置任何路障，经常通过各类车辆，其中不乏运输煤炭的重型货车。车辆超过坝顶混凝土路面设计荷载是造成其裂缝的外因[15]。同时由于坝顶在上游侧设置有防浪墙，车辆通过坝顶过程中本能地偏向下游侧行驶，这也是造成坝顶混凝土路面不均匀裂缝的外因。 4 结论 （1）坝顶裂缝并未延伸至原砂石路下垫层，即未影响到心墙部位，表明坝顶混凝土路面裂缝不是心墙与坝壳料沉降不均匀造成的。 （2）坝顶混凝土路面砂砾石层在顺河向分布厚度不均，是造成坝顶混凝土路面裂缝的内因。坝顶路面未设置任何路障，经常通过各类车辆，其中不乏运输煤炭的重型货车。车辆超过坝顶混凝土路面设计荷载是造成其裂缝的外因。同时由于坝顶在上游侧设置有防浪墙，车辆通过坝顶过程中本能的偏向下游侧行驶，这也是造成坝顶混凝土路面不均匀裂缝的外因。 （3）建议对坝顶裂缝进行处理，限制坝顶路面通过社会车辆，同时加强监测与巡视检查，防止坝顶裂缝进一步发展。 参考文献（References）： [1]Appalaraju Vetsa.Performance of doweled concrete joints subjected to fatigue loading[D].Thesis submitted to the College of Engineering and Mineral Resources at West Virginia University，2003. 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