堤防裂縫處理方案探討

□王建軍 □楊 順

（長沙市水利水電勘測設(shè)計院）

堤防裂縫處理方案探討

□王建軍 □楊 順

（長沙市水利水電勘測設(shè)計院）

長沙市合豐垸瀏陽河大堤川河橫堤（K 7+444）至竹沙橋段（K 9+811）堤防出現(xiàn)裂縫，經(jīng)現(xiàn)場檢測，縫隙兩側(cè)無明顯沉降表現(xiàn)，開裂處呈豎直狀，未見明顯滑動痕跡。經(jīng)分析，裂縫產(chǎn)生的原因可能是堤防基礎(chǔ)砂卵石層較厚且不均勻、外河水位持續(xù)低水位、堤防本身不均勻沉降、堤防周圍壓重等多方面因素引起的，針對不同的影響因素采用了壓重處理、堤基防滲、充填灌漿等幾種處理措施，從根本上解決了堤防可能由于以上因素再次出現(xiàn)裂縫的可能，以上經(jīng)驗可為類似工程借鑒。

裂縫；原因分析；險工處理

一、工程概況

合豐垸位于長沙市雨花區(qū)黎托境內(nèi)，瀏陽河下游左岸，垸內(nèi)面積約22.06km2，集雨面積29.11km2，是長沙城區(qū)范圍內(nèi)面積僅次于長善垸的萬畝大垸。合豐垸瀏陽河大堤從眠羊山渡口至圭塘河口長11.37km。2007年，由于武廣高速建設(shè)需要，對瀏陽河大堤進(jìn)行了100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的綜合整治設(shè)計，現(xiàn)在正在按100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)由武廣新區(qū)建設(shè)指揮部組織建設(shè)。

2009年10月初，雨花區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)水利局在進(jìn)行水利冬修隱患排查時，發(fā)現(xiàn)合豐垸瀏陽河大堤川河橫堤（K7+444）至竹沙橋段（K9+811）堤防出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響了堤防安全。經(jīng)現(xiàn)場查勘及量測，該堤段堤頂縱向裂縫均出現(xiàn)在大堤堤頂中部或稍偏堤頂內(nèi)側(cè)，基本沿堤軸線走向，共出現(xiàn)裂縫7處。為探明裂縫開裂情況，雨花區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)水利局組織人員對其中一個裂縫（K8+894）進(jìn)行了開挖；該縫表面縫寬3.0cm，開裂長度約30m；開挖深度約1.5m，開挖底部縫寬約1cm，用鐵棒在底部向下仍可插入1.5m；縫隙兩側(cè)無明顯沉降表現(xiàn)，開裂處呈豎直狀，未見明顯滑動痕跡。

二、水文

瀏陽河屬湘江一級支流，發(fā)源于瀏陽市大圍山，流經(jīng)白沙、官渡、瀏陽市區(qū)、柏加鎮(zhèn)，在長沙市北郊匯入湘江，流域面積4220km2，河流長度216km，河流平均坡降0.57‰。

湘江流域降雨量，呈地區(qū)分布不均勻、年際變幅大、年內(nèi)分配不均勻的特點，多年降雨量1200～1700mm。瀏陽河設(shè)計流量6200m3/s（P=1%），瀏陽河朗梨站設(shè)計洪水為39.95m(p=1%)。

朗梨站水文站距瀏陽河口25.58km，川河橫堤距瀏陽河口17.99km，距水文站7.59km，竹沙橋距瀏陽河口15.49km，距水文站10.09km。

三、地質(zhì)

根據(jù)工程勘察成果，工程區(qū)除南側(cè)見有基巖出露以外，其余地段均被第四系松散堆積物所覆蓋，其中堤防沿線及局部地段為人工堆積（Qs）、河床及河漫灘為全新統(tǒng)河流沖積堆積物（Q4al）、堤垸及垸內(nèi)地表多為中更新統(tǒng)河沖積堆（Q4al）。工程區(qū)所見地層巖性從下至上主要有紫紅色夾灰綠色泥質(zhì)粉砂巖，強風(fēng)化狀態(tài)，揭露厚度＞3m；黃灰～灰白色、雜色砂卵礫石層，黃、黃褐色，稍密～中密，卵礫石含量20%～50%，礫徑2～60mm居多，砂為中、粗砂，厚1.6～8m，連續(xù)分布于整個堤段；粉質(zhì)粘土，黃、黃褐色，稍密～中密，呈透鏡狀分布，厚0～4.4m；粉細(xì)砂，黃褐色，濕～飽和，稍密～中密，呈透鏡狀不連續(xù)分布，厚0～3m；人工填土，黃紅色粉質(zhì)粘土夾塊石、礫石，可塑狀，結(jié)構(gòu)松散，厚0.8～6.5m，為大堤填筑土。

堤垸堤基堆積物具二元結(jié)構(gòu)，多數(shù)堤基存在滲漏問題，局部堤基可能出現(xiàn)沉陷變形和淺層抗滑穩(wěn)定問題，堤岸當(dāng)沖問題應(yīng)引起高度重視。

四、險工原因分析

（一）堤段基礎(chǔ)地質(zhì)條件復(fù)雜，砂卵石層厚度大且不均勻，外河水位較長時間處于歷史最低水位，促使堤基地下水位大幅下降。

孔隙水的流失可能為土粒間提供了壓縮空間，粘性土層也隨之釋水壓密，砂粒受水動力影響，將重新排序，原有孔隙被壓密，可能產(chǎn)生沉降、裂縫。

由地質(zhì)情況可以看出，該堤防透水層砂卵石層厚度大且分布很不均勻，層厚由0.06～8.6m不等，砂卵石層頂部高程較高，較高段達(dá)到32.1m高程。2009年9月初以來瀏陽河水位急速下降，9月6日該堤段外河水位即降至26.0m以下，9月30日降至25.0m左右，外河水位較長時間維持歷史同期最低水位。外河水位下降后，砂層中地下水壓力由于地下水未能及時補給或補給不足而減小，表現(xiàn)為含水層水位下降，砂粒之間有效應(yīng)力也隨之下降，砂層產(chǎn)生壓縮變形。與此同時，含水砂層與頂部、底部粘性土隔水層之間的孔隙水壓力平衡也被打破，兩者之間產(chǎn)生一定的水頭差，粘性土中的孔隙水在壓力差的作用下，向含水砂層緩慢滲流，降低靜水壓力，以便建立新的平衡。隨著靜水壓力的降低，土粒之間有效壓力相應(yīng)增大，而孔隙水的流失又為土粒間提供了壓縮空間，因此，粘性土層也隨之釋水壓密，這就是外河水位下降引起堤防不均勻沉降的原因。

（二）外河水位降低，地下滲漏可能帶出部分細(xì)砂，形成不均勻沉降。堤垸地下水與河流呈季節(jié)性互補關(guān)系，2009年瀏陽河水位不斷下降，在砂卵石層形成滲漏，可能帶出部分細(xì)砂。從1998年該堤段曾多處發(fā)生過大面積涌沙冒水情況看，水位降低、滲流過程可能帶出少量細(xì)砂，形成不均勻沉降，也是裂縫產(chǎn)生的一個可能因素。

（三）堤防本身不均勻沉降?，F(xiàn)狀堤防是歷史上逐步加高形成，特別是1998年該段出險后，主要采用了以外培堤防為主的方案對該段堤防進(jìn)行了加高培厚。堤身為粘性土，其固結(jié)時間長，固結(jié)速度慢，與老堤土質(zhì)固結(jié)速度不同，造成新老部位結(jié)合不良，也是產(chǎn)生不均勻沉降的一個因素。

（四）壓重影響。堤頂及防汛道路常有車輛通過，特別是該處現(xiàn)有多個砂場，常有載重車輛從防汛道路通過，導(dǎo)致堤坡荷載增加，容易引起堤防不均勻沉降，誘發(fā)裂縫的產(chǎn)生。

綜合以上幾個因素分析，裂縫的產(chǎn)生應(yīng)是堤防本身沉降、堤防基礎(chǔ)、內(nèi)外水位、外加荷載等多方面引起的，2010年外河水位長期處于歷史低水位，堤基孔隙水的流失是堤防開裂的主要原因，地下滲漏、外載壓重及堤防本身的不均勻沉降是裂縫產(chǎn)生的次要原因。

五、險工處理方案

合豐垸瀏陽河大堤川河橫堤（K7+444）至竹沙橋段（K9+811）堤防裂縫產(chǎn)生后，大堤的整體性已遭到破壞，必須結(jié)合合豐垸瀏陽河大堤防洪整治工程的施工，對該出險堤段進(jìn)行徹底的處理，才能確保合豐垸瀏陽河大堤的總體安全和武廣片區(qū)的人民生命財產(chǎn)安全。

由于出現(xiàn)裂縫段大堤整體性已破壞，上部裂縫部位應(yīng)全部挖除重填，大堤重填必須按照合豐垸瀏陽河大堤綜合整治工程設(shè)計及施工要求進(jìn)行，以確保大堤的整體性。根據(jù)裂縫產(chǎn)生的主要、次要原因，對堤防基礎(chǔ)及堤防本身再進(jìn)行必要的處理，以防止裂縫的再次產(chǎn)生，達(dá)到根除裂縫產(chǎn)生的目的。

（一）壓重處理

為減小堤防本身壓重對基礎(chǔ)產(chǎn)生的不均勻應(yīng)力，該段堤防根據(jù)河段水流形態(tài)和地質(zhì)情況，將堤內(nèi)外坡均由原設(shè)計的1：2.5調(diào)整到 1：3。

（二）堤基防滲

為防止枯水期外河水位低，砂卵石失水產(chǎn)生壓縮，同時也避免由于滲漏帶出細(xì)砂、造成裂縫的產(chǎn)生，本段堤防除清除大堤上部遭裂縫破壞使之失去整體性的堤防外，重點解決堤基砂卵石層的防滲問題，且主要是解決迎水面砂卵石層的問題。

堤基防滲一般有高壓噴射灌漿防滲方案和換基加防滲墻方案。根據(jù)歷年來湖南省運用高壓噴射灌漿防滲的實際來看，此方法雖然有一定效果，但對堤基砂卵石層較厚或已經(jīng)多次產(chǎn)生管涌堤基的堤段效果并不明顯，很難達(dá)到根治防滲和該堤段裂縫的目的。而且該堤段位置是在瀏陽河的彎曲段，大部分堤段為當(dāng)沖堤防，歷史上曾多次出過險，所以，在能有更好方案的情況下，盡量不采用此方案。

換基加粘土防滲斜墻方案的特點是可以堵塞源頭，堵死滲源，從而消除或減少水壓力對堤的作用，達(dá)到保護大堤穩(wěn)定的目的。由于該方案需要開挖至基巖，而河內(nèi)又具備一定的水位，粘土回填時要求在基礎(chǔ)無水情況下進(jìn)行，因此施工圍堰與排水任務(wù)都相當(dāng)重；但根據(jù)現(xiàn)有瀏陽河水位來看，2010年的河水位長期處于歷史低水位25m；因此，在基巖出露較高堤段，可以考慮采用此方案，達(dá)到防滲除險、堤防達(dá)標(biāo)的目的。在基巖出露較低堤段，由于換基較困難且開挖工程量較大，采用換基加粘土防滲墻+高壓噴射灌漿構(gòu)筑防滲斜墻相結(jié)合的方案。

（三）充填灌漿

該段堤防曾出現(xiàn)過涌沙冒水情況，堤身及基礎(chǔ)由于滲漏可能帶出少量細(xì)砂，為提高本段堤防穩(wěn)定性，消除堤身隱患，本段堤防采用充填灌漿增加堤身及基礎(chǔ)的密實性，堤身部分采用粘土泥漿充填灌漿，基礎(chǔ)砂卵石層采用425＃普通硅酸鹽水泥所制純水泥漿充填灌漿。

六、結(jié)語

合豐垸堤防除險工程從堤防基礎(chǔ)條件、外河水位、堤防本身修筑條件、堤防周圍外部環(huán)境等多方面因素分析了堤防產(chǎn)生裂縫的原因，并針對不同的影響因素采用了壓重處理、堤基防滲、充填灌漿等幾種處理措施，從根本上解決了堤防可能由于以上因素再次出現(xiàn)裂縫的可能，以上經(jīng)驗可為類似工程借鑒。

2010-06-17

王建軍(1976-)，男，工程師，從事水利工程設(shè)計工作。