長江南京大年段大堤堤頂縱向裂縫成因及防治

胡崢嶸，顏凝香，吳利華

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210016)

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長江南京大年段大堤堤頂縱向裂縫成因及防治

胡崢嶸，顏凝香，吳利華

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210016)

2016年汛期長江大堤堤頂產(chǎn)生縱向裂縫，對此必須查明江堤堤頂產(chǎn)生裂縫的原因，為汛后堤防修復(fù)提供技術(shù)保障，確保大堤安全。結(jié)合現(xiàn)場實際情況和測量數(shù)據(jù)，從設(shè)計、施工及堤防實際運行情況等方面詳細(xì)分析，查找原因。根據(jù)分析結(jié)果，堤基軟弱土層及水塘河道等薄弱處承受不住上部新填土的豎向力及下切力，造成新老堤防之間的不均勻沉降是導(dǎo)致堤頂產(chǎn)生裂縫的最主要原因。汛后應(yīng)著重針對堤腳軟弱土層進(jìn)行加固處理。

堤頂；裂縫；軟弱土層；沉降

1 工程概況

長江南京大年段大堤位于南京市棲霞區(qū)境內(nèi)長江南岸，上與大年泵站相連，下與大道河左岸堤防末端相接，全長約2.8 km。

本段堤防等級為二級，1998年大水后對其進(jìn)行了加高培厚，加固后堤頂高程為10.95 m(吳淞高程，下同)，堤頂寬度為5～7 m，兩側(cè)坡比均為1∶3.0。2010年汛期長江出現(xiàn)自1999年以來最高的超警戒洪水位9.32 m(南京潮位站)，江堤多處出現(xiàn)險情，因此汛后在南京市長江干堤2011年應(yīng)急加固工程中對此段堤防進(jìn)行了第二次加固改造，在原堤防迎水坡幫寬加高，工程斷面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以防御1954年洪水為目標(biāo)，堤頂高程高于設(shè)計洪水位2 m，堤頂寬度為10 m(含擋浪墻)，斷面圖見圖1。土方工程于2012年汛前完工，堤頂防汛道路在汛后實施。

圖1 2011年江堤應(yīng)急加固設(shè)計斷面圖

2 裂縫情況

2016年7月初南京遭遇入梅以來最強降雨，長江干流全線水位上漲，棲霞區(qū)大年段水位上漲至9.17 m，與9.45 m設(shè)計洪水位僅相差0.28 m。7月6日在距離上游大年泵站約255 m處發(fā)現(xiàn)堤頂?shù)缆费氐叹€方向產(chǎn)生一條縱向裂縫，裂縫距離新加固堤防擋浪墻約1.8～3.6 m，縫寬約0.4～3 cm，縫深0.1～0.35 m，裂縫延展長度約25 m。7月8日在距離第一條裂縫背水側(cè)約1.5～2.7 m處又發(fā)現(xiàn)一條與之大體平行的細(xì)裂縫，縫寬約0.4～0.6 cm，縫深約0.1 m，裂縫延展長度約34 m。第一條縱向裂縫現(xiàn)場照片見圖2。

圖2 堤頂縱向裂縫

3 裂縫形成原因分析

(1)迎水坡堤腳處堤基土薄弱，產(chǎn)生不均勻沉降

本段堤防河床地基土層多為軟塑狀黏性土、淤泥質(zhì)土，大多處于軟塑及流塑狀態(tài)，土體抗剪強度低，壓縮量大，其抗沖刷能力低，屬于軟弱的不良土層，汛期高水位時容易造成河床臨水坡面的破壞[1]。本段堤防采用在迎水側(cè)幫寬加高，填土高度6～7 m，填土自重大，且新建堤防迎水坡坡腳緊鄰原灘地的一道泵站進(jìn)水渠(部分堤段堤腳位于渠道邊坡上)，底部對上部堤身的支撐作用小，且淤泥質(zhì)土、淤泥含量較大，再由于長江水位較高，堤身浸泡范圍大，薄弱的地基土層不能夠承擔(dān)上部填土及水荷載，導(dǎo)致地基發(fā)生沉降變形，而原大堤經(jīng)過了長時間的固結(jié)沉降目前已基本穩(wěn)定，因此新老堤防地基產(chǎn)生了不均勻沉降，新堤堤身沿老堤迎水坡產(chǎn)生了微小滑動，堤頂受到拉力作用，從而導(dǎo)致了堤頂開裂。

(2)堤身土受水浸泡濕化變形

自入梅以來，雨水頻繁，在7月初更是連續(xù)幾天普降大雨，江水快速上漲，長江水位與設(shè)計洪水位僅相差0.28 m。水位的上升使堤身局部開始浸水，浸水后的土體由非飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，這時新加固范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也隨之改變，各項物理力學(xué)指標(biāo)有所降低。土體受濕化過程的影響，一般都要發(fā)生土體體積的改變即濕化變形[2]，其所產(chǎn)生的水平位移遠(yuǎn)大于豎向位移，加劇堤身的剪切破壞，這也是本次堤頂產(chǎn)生裂縫的又一主要原因。由于自1998年洪水過后，長江水位均沒有突破外圍子堤頂高程，因此長江大堤并沒有真正擋水運行，此次長江水位快速上漲造成子堤破口，大堤直接阻擋江水防洪，相當(dāng)于2016年才初次蓄水，且蓄水位較高，同時又遇到連續(xù)強降雨，雨水滲入堤身，而這兩點都是土體最容易產(chǎn)生濕化變形的原因。

(3)施工速率過快

大年段堤防填筑土方高度較高，寬度較大，土方量較大，而工程的建設(shè)工期較緊，施工強度大填土加載速度快。堤防工程于2011年12月初開工，2012年1月底春節(jié)前即完成所有堤防土方工程，堤防下部土方未經(jīng)充分碾壓與固結(jié)后就繼續(xù)快速往上堆載，一是造成上部土體堆載過大而增加了下部土體的傾斜與拉應(yīng)變[3]；二是堆載過多后碾壓質(zhì)量無法保證，堤身密實度欠缺。因此施工速率過快是導(dǎo)致堤頂開裂的重要原因。

(4)排水不充分

由于工程建設(shè)工期較緊，短期內(nèi)施工強度大，填土加載速度過快，土方未經(jīng)充分碾壓，不能及時固結(jié)，穩(wěn)定排水不充分，當(dāng)工程完成時仍然需要較長時間來排水固結(jié)，加大了堤身在完工后的沉降變形，促使堤頂裂縫的產(chǎn)生[2]。

4 堤頂縱向裂縫防治方法

4.1 裂縫預(yù)防方法

(1)堤基軟弱土層處理

堤防地基存在軟塑及流塑狀態(tài)、抗剪強度低、壓縮量大的軟弱土層時必須對其進(jìn)行必要的加固處理，培厚加寬堤腳土體，提高其抗剪強度，增強對上部土體豎向力及下切力的承受能力和自身的穩(wěn)定性，減小沉降變形。

(2)采用合理的施工速率

嚴(yán)格按設(shè)計要求的施工工期控制施工速率，并嚴(yán)格按規(guī)范要求分層碾壓，不允許過快填筑土方，分級施工，各項工程應(yīng)設(shè)計合理的施工順序，盡量不要進(jìn)行交叉施工。護(hù)坡工程必須在土體基本固結(jié)穩(wěn)定后實施。堤頂?shù)缆窇?yīng)在堤防土體完工且沉降變形基本穩(wěn)定后實施，有條件時應(yīng)在汛后堤防經(jīng)過洪水考驗后實施，此時可根據(jù)堤防沉降變形情況對堤防進(jìn)行適當(dāng)?shù)男扪a。

(3)充分排水

堤防土方施工時必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求分層碾壓，控制每層填土厚度及碾壓速率，確保堤身土體排水充分及時，加速土體固結(jié)，減小沉降變形。

4.2 裂縫治理方法

(1)堤腳軟弱土層換填并加寬堤基土

對堤腳軟弱土層進(jìn)行換填處理。將堤腳外側(cè)10 m范圍內(nèi)位于滑裂面以上及以下1 m厚度范圍的軟弱土層挖除干凈后采用黃黏土回填并壓實，10 m范圍外采用開挖土方回填壓實。換填后堤腳堤基土寬度加大，且土質(zhì)得到改善，整體強度得到加強，抵抗土體豎向力及下切力能力得到較大提高，沉降變形有較大改善。

(2)錐探壓力灌漿處理

錐探灌漿是在堤防上采用機械鉆探，將黏土漿通過壓力灌入堤身的裂縫和空隙中，起到充填與壓密作用，提高堤防的密實性和抗?jié)B能力，是處理堤防裂縫，防止?jié)B漏的有效方法之一。本次處理沿裂縫開挖1 m深、0.5 m寬左右的槽，回填壓實做為壓蓋，再對壓蓋下的縫隙進(jìn)行灌漿處理。

(3)道路表面封縫處理

對裂縫寬度小于1 cm，深度小于0.3 m的裂縫，經(jīng)觀測已經(jīng)穩(wěn)定時，采用乳化瀝青灌縫封堵處理。乳化瀝青可以灌至裂縫深處，經(jīng)過破乳及水分蒸發(fā)后會出現(xiàn)一定的空隙，所以須反復(fù)灌注，直至灌滿。

5 結(jié) 語

(1)堤基軟弱土層及水塘河道等薄弱處承受不住上部新填土的豎向力及下切力，造成新老堤防之間的不均勻沉降是導(dǎo)致堤防堤頂產(chǎn)生裂縫的最主要原因。

(2)堤防初次擋水，且水位較高，堤身土受水浸泡產(chǎn)生濕化變形，加劇堤身的剪切破壞，這也是本次堤頂產(chǎn)生裂縫的又一重要原因。

(3)施工速率過快，一次性土體堆載過大增加了下部土體的傾斜與拉應(yīng)變，碾壓質(zhì)量無法保證，堤身密實度欠缺也是導(dǎo)致堤頂開裂的重要原因。

[1] 沈細(xì)中,應(yīng)敬浩,孟獻(xiàn)穎.黃河?xùn)|明段大堤縱向裂縫防治對策[J].人民黃河,2007,29(1):17-19.

[2] 沈細(xì)中,張慧,楊文麗.黃河下游標(biāo)準(zhǔn)化堤防縱向裂縫成因與防治[J].巖土力學(xué),2008,29(4):973-978.

[3] 錢財富,宋新江,李宏.某堤防工程堤頂塌陷與裂縫原因分析[J].治淮,2010(9)：19-21.

Causes and prevention of the longitudinal cracks at the dike top of Nanjing Danian section of Yangtze River

HU Zhengrong，YAN Ningxiang，WU Lihua

(NanjingWaterPlanningAndDesigningInstitute.Corp.Ltd,Nanjing210016,China)

Longitudinal cracks occurred at the top of the Yangtze River dike during the flood season in 2016, the causes must be identified to provide the technical support and ensure the safety of the dam.To find out the reason of the cracks ,analyzed from the design,construction and the actual operation of the dike together with the situation in site and the measurement data.According to the analysis results, the main reason is the differential settlement between the old and new embankment. It is because that the soft soil layer of the foundation and the weakness of the river bank can't afford the vertical force and the shear force from the upper filled soil.After the flood should be focused on the soft soil reinforcement of the foot embankment.

top of the dike; crack; soft soil layer; settlement

胡崢嶸(1983-)，女，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

TV871.2

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2096-0506(2016)11-0046-03