土石坝出险溃坝成因分析与处理措施

杨朝娜

（太原理工大学，030013，太原）

我国土石坝工程建设历史久远,早在3 000年前就开始建造，20世纪50—70年代达到建设高峰，是发展最快、应用最多的一种坝型。但是，受限于新中国成立初期筑坝技术落后、建设标准偏低、工程质量较差，加之多年运行、管理不到位以及工程老化等问题集为一身，土石坝成为病险水库。本文分析了我国土石坝溃坝成因，探求其不安全因素由量变到质变的发展规律，提出土石坝溃坝的预防与病险处理措施，以期最大限度地避免或减少溃坝事件的发生。

一、土石坝出险溃坝的成因及其分析

土石坝溃坝的成因虽然很多，但也有规律可循。因此，在土石坝水库运行过程中不断加强巡查和观测，对隐患成因和规律及时进行总结分析，针对险情成因准确地制定科学处理措施，可以避免或减少溃坝。

1.滑坡（脱坡）

坝体滑坡或脱坡，主要是边坡失稳下滑造成的险情，开始在大坝顶部或边坡上出现裂缝，随着裂缝的发展形成滑坡，造成大坝失稳导致溃坝。坝体滑坡的主要原因：一是大坝高水位持续时间较长，临水坡土体大部分处于饱和状态，在渗透压力作用下浸润线升高，土体剪切强度降低。当水位骤降，临水坡失去外水压力支持，加之土体自重增大的情况下，坝体可能引起失稳滑动。特别是坝坡过陡时，上游水位发生骤降更易引起滑坡。二是大坝下游排水系统损坏，坝体浸润线过高，下游浸水面增加，土体剪切强度降低。三是坝身为透水性较大的土料填筑，而背水坡是透水性较小的土料，在高水位运行时间较长，坝内的水不易排出，抬高了浸润线，加大了渗水压力。四是大坝本身稳定安全系数不足，加之持续降雨时间过长，坝顶、坝坡土体大部分处于饱和，引起坝体失稳滑坡。五是风浪过大，波峰高涌，大坝临水坡在风浪一涌一退的连续冲击下，大坝土料或护坡被水流冲击淘刷，造成滑坡坍塌险情导致溃坝。

2.漏洞

土石坝长时间在高水位运行的情况下，大坝背水坡及坡脚出现漏洞，随着漏洞的发展，土石坝就会出现塌陷甚至溃坝。出现漏洞险情的主要原因：一是土石坝填筑质量差，均质坝身夹有沙土，或筑坝土料有机质多，或工段之间接缝处理不好，或存在水平薄弱层，又无防渗斜墙而产生漏水。二是白蚁、獾、狐、鼠等动物在坝内作洞穴。三是坝体与涵闸、溢洪道、输水洞等建筑物接合处填筑不密实，高水位运行时细土料被带出形成漏洞。四是对沿坝基下旧涵洞、战沟、碉堡、坑窖和埋葬的棺木等，拆除或处理不彻底，给大坝渗漏留下通道。

3.渗水

高水位运行时间较长，在渗透压力作用下，坝前水向坝身内渗透，在背水坡形成上下干湿两部分，分界线为浸润线。线下土体湿润，有水渗出的现象称为渗水。土石坝渗水的主要原因：一是水位超过设计标准持续时间较长，坝体水力劈裂产生水平裂缝。二是大坝断面不足，背水坡偏陡，浸润线抬高，在背水坡上出逸。三是坝体下游没有反滤体，或反滤体没有满足反滤要求，浸润线抬高，渗水从坡面逸出。四是上游铺盖的防渗能力不足或长度厚度不够。五是大坝土质多沙，透水性强，又无防渗斜墙或其他控制渗流的工程设施。

4.管涌

土石坝高水位运行时，在大坝背水侧平地上出现如同沸腾开水一样的翻沙，冒孔周围形成一个或多个沙环。如不及时处理，带出的沙粒增多就会把坝基淘空，形成管涌导致溃坝。出现管涌的原因一般是大坝下有强透水层，在高水位时由于渗水流经强透水层，水流损失小，大坝背水坡地表的覆盖土层下面承受很大的水压力，压力水流冲破覆盖土层就会将粉砂、细砂土等随水带出，形成管涌；或者在背水坡脚以外地面因取土、开渠、钻探、基坑开挖及历史溃口留下冲潭等，破坏表层覆盖，在较大的水力坡降作用下冲破土层，将坝体中的粉细砂颗粒带出而发生管涌。

5.裂缝

裂缝是土石坝常见的一种险情。裂缝以横向裂缝和滑坡裂缝危害最大。裂缝产生的主要原因：一是大坝基础地质、物理力学性质差异大。基础边界条件变化，填土高差悬殊，压缩变形不同，均可引起不均匀沉陷裂缝。二是大坝与刚性建筑物接合不好，在不均匀沉陷以及渗水作用下引起裂缝。三是施工段接合部位出现不均匀沉陷裂缝。四是在高水位渗流作用下，背水坡抗剪强度降低，或临水坡水位骤降，或坝脚被淘空，均有可能引起滑坡性裂缝。五是施工中土料含水量大，或采取黏性土填筑引起干缩，或冰冻裂缝，或用淤土、冻土、硬土块筑坝，出现各种裂缝。六是振动，如地震、爆破造成大坝基础或坝身砂料液化引起裂缝。

6.漫溢坝顶

土石坝，特别是纯土坝，当水溢满坝顶时会将坝顶冲毁而降低坝的高度导致溃坝。造成洪水漫顶的主要原因：一是上游发生特大的洪水，来水量超过水库设计标准。二是施工时大坝填筑未达到设计高程，或土方填筑时夯实密实度不够，大坝运行沉陷量大，无法达到坝顶设计高程，或坝顶行车、人为取土、开挖过坝路等，使大坝实际高程低于设计高程。三是遇恶劣的气候条件，风浪过大。四是上游漂浮物堵塞溢洪道、泄洪洞，使水位壅高，泄水断面减小。

7.泄洪建筑物出险

大坝上的涵闸等泄洪建筑物出险，致使溃坝的主要原因：一是由于坝体、溢洪道或泄洪洞与所在的山体发生不均匀沉降，致使泄水建筑物发生断裂、裂缝或坍塌。二是放水涵洞的涵管有质量问题，或年久老化损坏出现漏水，致使涵洞管涌，大坝坍塌溃决。三是坝体和涵闸接合部填筑质量差，出现渗水或漏洞。四是建筑物闸、涵基础下地基发生严重渗透破坏，地基土大量流失，造成闸、涵本身塌陷、断裂、下沉，甚至导致大坝溃决。

二、土石坝险情处理措施

1.滑坡处理

一是固脚阻滑。大坝滑坡的主要险情在于内脱坡，有条件的水库应立即停止放水。在保证大坝有足够的挡水断面的前提下，将滑坡体主裂缝上部进行削坡减载。同时在滑坡体坡脚外缘抛块石或沙袋等，作为临时压重固脚措施，阻止继续滑动。二是滤水土撑。对于背水坡局部滑坡，滑坡土体较小、裂缝错位不大时，在其范围内全面抢筑导渗沟，导出滑坡体渗水，降低浸润线，并采取间隔抢筑透水土撑，防止背水坡继续滑坡。三是滤水后戗。对于背水坡滑坡险情严重，在其范围内全面抢筑导渗后戗，既能导出滑坡体渗水，降低浸润线，又能加大大坝断面，可使险情区域稳定。四是临水截渗。临水坡滑坡，采用抢筑黏性土戗截渗。背水坡滑坡严重，范围较广，在背水坡抢筑滤水土撑、滤水后戗及滤水还坡等工程。

2.漏洞处理

一是迎水坡堵塞。先摸清洞口位置及洞口大小，如果洞口较小，周围土质坚硬，可用大于洞口直径一倍的铁锅扣住，或用软楔、草捆等堵塞洞口，四周用土袋；如果洞口土质软化，又有多个洞口，可用棉絮顺坡铺盖，上面再压土袋。漏洞堵塞后，在压土袋处用透水性较小的散土顺坡推下，帮坡截渗。如果迎水坡无明显洞口，也可以用含水量较高的黏土顺坡抛填，减少渗水浸入。二是抽槽截流。对于坝身断面面积较大，人力器材充足，漏洞距坝顶不深时，在大坝中心挖一平行坝轴线的沟槽，槽宽0.6～0.7 m，深达漏洞以下，找出漏洞通道后，立即用棉絮、木板等堵塞断流，再以干土回填夯实。三是围井导滤。在迎水坡难以找到洞口的情况下，在背水坡面漏洞出口周围，用土袋做成圆形滤井，然后依次铺粗砂、碎石、块石等，各层厚20～30 cm。围井高度视其情况确定，只要使水流不挟带泥沙流出即可。当库水位降低后再根据情况采取具体措施处理。

3.渗水处理

大坝防渗处理的主要措施：一是反滤导渗。这种方法又可分为反滤沟导渗和反滤层导渗。反滤沟导渗是当大坝背水坡大面积严重渗水时，开挖导渗沟，铺设反滤料、土工织物和加筑透水后戗等办法引导渗水排出，降低浸润线，具体采取砂石、土工布、梢料等导渗沟。如果遇到坝身含水过多、土质稀软、开沟困难时，采用边开沟边导渗处理。反滤层导渗是对大坝透水性较强、背水坡土体过于稀软、利用导渗沟确有困难，同时反滤料又很方便时可采取这种方法。具体是在渗水边坡上铺满反滤层使水渗出。二是临水截渗。为了减少向大坝的渗水量，降低浸润线，控制渗水险情的发展，一般根据临水深度、流速，风浪的大小，取土的难易，采取土工膜截渗、抛黏土截渗、土袋前戗截渗。三是透水后戗。此法既能排出渗水，防止渗透破坏，又能加大大坝断面，达到稳定边坡的目的。一般适用于大坝断面单薄、背水坡较陡、渗流严重的情况。具体根据实用材料不同采用沙土后戗、梢土后戗等措施。四是黏土防渗墙。套井回填黏土防渗墙处理，用于均质土坝和宽心坝的渗漏处理，具体做法是利用冲抓式打井机，在坝体的渗漏区中打井，用黏土料进行分层回填夯实，形成一个连续的截水墙，截断坝身或坝基的渗流。

4.管涌处理

一是反滤围井。在翻沙鼓水处抢筑反滤围井，防止涌水带沙，险情扩大。具体的做法主要是砂石反滤围井、土工布反滤围井和梢料反滤围井。二是减压围井。在大坝背水坡脚附近险情处使用土袋抢筑围井，壅高井内水位，减小水头差，降低渗透压力，减少水力坡降，防止渗透破坏，稳定管涌险情，具体做法有无滤层围井、无滤层水桶、背水围埝。三是透水压渗台。将管涌附近抢筑范围的杂物清除，对严重管涌的水口用砖石填塞，待水势消杀后，用透水性大的沙土修筑平台，即为透水压渗台。

抢筑透水压渗台可以平衡渗压，延长渗径，减小水力坡降，防止土沙细粒流失，使险情趋于稳定。四是水下反滤层处理。在坑、水沟和水渠等水下出现涌泉时，采取方法为水下反滤层，抬高坑、沟渠水位等。五是“牛皮包”的处理。针对地表土层系草根或其他胶结体，把黏土层凝结在一起，渗透水压未能顶破表土而形成的鼓包。一般在隆起部位铺麦秸或稻草厚10～20 cm，上铺厚20～30 cm的柳枝、秫秸或芦苇，然后压土袋和块石。

5.裂缝处理

一是灌堵缝口。已经稳定而又不甚严重的纵向裂缝，用干而细的砂壤土从缝口灌入，再用板条或薄竹片捣塞坚实。灌塞后沿裂缝做宽5～10 cm、高3～5 cm的小土埂压住裂缝，以防雨水流入。二是开挖回填。沿裂缝开挖一条沟槽，深度以看不见裂缝为止，宽度以不致坍塌并便于施工为度，沟的两头超出2 m为宜。选用与坝土种类相同、含水量相似的砂壤土或沙质黏性土，分层填筑夯实，每层厚15～30 cm。顶部稍高坝顶3～5 cm，以防雨水进入。三是横墙隔断。对于横行裂缝，每隔3～5 m与裂缝垂直挖槽，深度直至看不见裂缝为止，分层回填土料方法同前。

6.洪水漫溢坝顶处理

土石坝特别是土坝，不允许漫顶溢流，如果洪水漫溢就会造成垮坝事故。因此,当库水位超过允许最高洪水位并继续上涨时,应立即采取临时保坝措施；在非汛期考虑长远措施。常用的防洪水漫溢主要措施：一是加高大坝。根据工程现状情况，在条件允许时适当提高大坝高度、增加水库库容来削减洪峰，避免洪水溢漫坝顶。二是提高泄洪能力。加强原有泄洪建筑物的利用，提高水库的泄洪能力。三是加固防浪墙。遇库水位急剧上升，把防浪墙作为子埝的临水面，在墙后利用土袋加高加固，或在防浪墙后堆土夯实做成子堤，临时加高大坝，防止超标洪水漫溢坝顶。四是上游控水。在水库上游新修水库、淤地坝等，增加上游控制洪水能力来降低洪水漫溢坝顶的压力。五是抢筑子堤。当遇到超标准洪水入库时，为避免土坝漫溢决口，应采取在离上游坝肩至少0.5～1.0 m以外抢筑子堤，防止发生滑坡。抢筑施工全面铺开时一气呵成。六是采取非常措施。当预报水库会有超标准洪水入库时开挖或炸开非常溢洪道、副坝等方法，加大泄洪流量。但绝对禁止在坝顶开槽溢洪，防止加速整个坝体的崩溃。

7.泄洪建筑物出险处理

一是裂缝堵漏。对于混凝土建筑物裂缝、分缝止水破坏，采取按照一定配比的环氧砂浆堵漏或防水快凝砂浆堵漏，在水位以上部分沿混凝土裂缝凿槽，“V”形槽用于竖型裂缝，“U”形槽用于水平裂缝。倒“U”形槽用于顶面裂缝或有水渗出的裂缝。二是渗漏处理。建筑物闸、涵基础下地基发生渗漏，采取闸上游抛黏土截渗，闸下游筑反滤围井；围堤蓄水平压，减少上下游水头差等措施处理。

[1]马波减.浅析土石坝水库的病险危害性与加固处理[J].中国水运，2010（2）.