淮北大堤臨北段多處堤頂縱向裂縫成因淺探

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 堤防概況

淮北大堤臨北段堤頂裂縫段堤防屬于淮北大堤的一部分，位于安徽省蚌埠市五河縣境內(nèi)，范圍為渦下段樁號37+000～41+500，長4.5km。該段堤防為退堤，工程級別為1 級，1956年建成，建成至今歷經(jīng)多處加固，現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)斷面為堤頂寬度10m，超高2.0m；迎水側(cè)邊坡1 ∶3；背水側(cè)坡頂以下3m 處設(shè)置2m 寬平臺，平臺以上邊坡1 ∶3，平臺以下邊坡1 ∶5，背水側(cè)無壓滲平臺堤段加設(shè)20m 寬壓滲平臺，壓滲平臺頂高程高于附近地面0.5m 左右，平臺以下邊坡1 ∶5。

2 堤頂裂縫情況

2.1 裂縫基本情況

該段堤防堤頂為混凝土路面或瀝青路面，之前未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。2019年9月管理人員巡查時發(fā)現(xiàn)，樁號38+733～38+788 段、樁號38+900～39+300段、樁號39+895～40+125 段，堤頂防汛道路出現(xiàn)連續(xù)的縱向裂縫，裂縫發(fā)展較快，長度較長、寬度較大，且裂縫兩側(cè)路面出現(xiàn)明顯高差錯臺，表現(xiàn)為迎水側(cè)低、背水側(cè)高。統(tǒng)計2019年10月底裂縫的寬度和錯臺高差，最大寬度為5.1cm，錯臺最大高差為6.1cm。

2.2 裂縫監(jiān)測及探測

在各段裂縫共設(shè)置15 個監(jiān)測點，對裂縫的寬度及錯臺高度進(jìn)行監(jiān)測，共監(jiān)測5 次，在監(jiān)測期內(nèi)，裂縫寬度及錯臺高度變化較小，最后兩次觀測時，裂縫寬度和錯臺整體有變小的趨勢。

雷達(dá)天線探測表明，在道路開裂區(qū)段，混凝土面層與水穩(wěn)層連接面多處存在空隙，裂縫下延深度最深約1m 左右。

在樁號堤頂路面裂縫處開挖3 處探坑，探坑深度為2m 左右，裂縫位置處路面以下路基及堤身未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫及軟弱面。

3 勘探試驗、計算及成因分析

為了分析堤頂縱向裂縫的成因，對堤身進(jìn)行了鉆探、室內(nèi)試驗、高密度電法及地質(zhì)雷達(dá)探測等，并進(jìn)行相應(yīng)的計算分析。

3.1 土層分布和性質(zhì)

堤身和堤基土層可分為三層：

第0 層：填土，黃褐色～灰褐色，以粉質(zhì)粘土～粘土為主，夾粉質(zhì)壤土，硬塑～硬，層厚4.70～5.00m。

第①層：粉質(zhì)粘土～重粉質(zhì)壤土，黃褐色，硬塑～可塑，含鐵錳結(jié)核，大部分未揭穿，揭穿層厚4.80m。

第②層：輕粉質(zhì)壤土，灰黃色，可塑，未揭穿。

其中，裂縫堤段堤身土的液限平均值為56%，粘粒含量平均值為43.1%，自由膨脹率平均值為47%，分布有弱膨脹土。

3.2 迎水側(cè)、背水側(cè)土性差異分析

該段堤防裂縫主要特征為縱向裂縫及錯臺，根據(jù)工程實體質(zhì)量、裂縫形態(tài)及現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)明顯的土體滑動、隆起等跡象，初步分析排除路面結(jié)構(gòu)層、路基和堤身結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等原因，根據(jù)勘察結(jié)果進(jìn)一步復(fù)核計算也表明不存在上述失穩(wěn)情況。分析堤頂路面裂縫成因，很可能由于迎水側(cè)、背水側(cè)土性存在差異造成。為探明迎水側(cè)、背水側(cè)土性差異，分別進(jìn)行鉆探、坑探、高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)探測等方法進(jìn)行分析，得到以下結(jié)果：

（1）迎水側(cè)、背水側(cè)土層分布及土質(zhì)基本一致，根據(jù)高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果，堤身填土均勻性較好，未發(fā)現(xiàn)明顯異常區(qū)域。

（2）裂縫堤段同一樁號相同深度迎水側(cè)堤肩Ps曲線值比背水側(cè)稍大，迎水側(cè)堤身的電阻率明顯比背水側(cè)高（如圖1），說明同一深度堤身土背水側(cè)含水率比迎水側(cè)大。

圖1 38+770～38+829 迎水側(cè)、背水側(cè)電阻率對比圖

（3）堤防裂縫堤段迎水側(cè)路肩土探坑取樣實測含水率明顯比背水側(cè)低，迎水側(cè)堤身土鉆探取樣實測含水率明顯比背水側(cè)低，實測結(jié)果對比圖如圖2。

3.3 含水率差異引起的收縮變形計算分析

堤頂裂縫段堤防堤身存在膨脹土，具有遇水膨脹、失水收縮的特性。堤防的堤身土一般有草皮護(hù)坡或護(hù)砌，離水面較近，經(jīng)常擋水，一般飽和度較高，土的含水率不會劇烈變化。本段堤防當(dāng)?shù)乇灸甓?月28日至11月28日，三個月累計降雨量僅為40mm，造成長時間持續(xù)的嚴(yán)重旱情，會造成堤身淺部土層含水率大幅降低，實測裂縫堤段迎水側(cè)、背水側(cè)堤身土含水率存在明顯差異，會造成土的不均勻收縮。

計算迎水側(cè)和背水側(cè)收縮變形差值，計算公式為：

式中：

Δs—迎水側(cè)和背水側(cè)收縮變形差值（mm）；

ψs—計算收縮變形量的經(jīng)驗系數(shù)，參考規(guī)范取0.8；

λsi—大氣影響深度以上第i 層土的收縮系數(shù)；

Δwi—大氣影響深度以上第i 層土迎水側(cè)、背水側(cè)含水率差值平均值；

hi—第i 層土計算厚度（mm）；

n—大氣影響深度內(nèi)分層數(shù)。

計算參數(shù)見表1。

表1 迎水側(cè)、背水側(cè)收縮變形差值計算參數(shù)表

計算得，迎水側(cè)和背水側(cè)收縮變形差值樁號38+750 為61.0mm，樁號38+950 為61.0mm，樁號39+990 為36.6mm，38+600 為7.7mm。

裂縫堤段實測錯臺高差樁號38+750 處為51.1mm，樁號38+950 為61.0mm，樁號39+990 為23.0mm，樁號38+600 處未產(chǎn)生裂縫，計算結(jié)果與實際情況基本吻合。

圖2 迎水側(cè)、背水側(cè)取樣實測含水率對比圖

3.4 成因分析

淮北大堤臨北段多處堤頂裂縫，主要表現(xiàn)為縱向裂縫及錯臺，根據(jù)現(xiàn)場情況和計算分析，排除了路面結(jié)構(gòu)層、路基和堤身結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等原因，試驗表明裂縫段堤防堤身存在膨脹土，在本年度長時間持續(xù)嚴(yán)重干旱的誘因下，迎水側(cè)、背水側(cè)堤身土含水率存在明顯差異，造成迎水側(cè)和背水側(cè)土體的收縮變形差值過大，導(dǎo)致路面面層產(chǎn)生縱向裂縫及錯臺。

最后兩次觀測時，經(jīng)歷多次降雨，干旱情況已有所緩解，裂縫寬度和錯臺整體變小的趨勢亦證明了上述成因。

4 結(jié)語

（1）淮北大堤臨北段裂縫主要表現(xiàn)為堤頂路面大范圍縱向裂縫及錯臺，未發(fā)現(xiàn)路基及堤身存在裂縫及軟弱面。

（2）堤身存在膨脹土，在持續(xù)嚴(yán)重干旱的誘因下，迎、背水側(cè)堤身土含水率差異較大，造成迎、背水側(cè)土體的收縮變形差值過大，導(dǎo)致裂縫。

（3）可采用快速修補技術(shù)等措施進(jìn)行應(yīng)急處理或拆除重新修筑，并在嚴(yán)重干旱天氣時，做好堤身保水和草皮護(hù)坡養(yǎng)護(hù)等工作。

（4）對于堤身土黏粒含量較多、液限較高的堤防，在嚴(yán)重干旱等極端天氣，均可能存在收縮變形帶來的工程問題，如堤身設(shè)有截滲墻等工程措施，需重點考慮交界面的變形協(xié)調(diào)問題■