长江南京大年段大堤堤顶纵向裂缝成因及防治

胡峥嵘，颜凝香，吴利华

(南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210016)



长江南京大年段大堤堤顶纵向裂缝成因及防治

胡峥嵘，颜凝香，吴利华

(南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210016)

2016年汛期长江大堤堤顶产生纵向裂缝，对此必须查明江堤堤顶产生裂缝的原因，为汛后堤防修复提供技术保障，确保大堤安全。结合现场实际情况和测量数据，从设计、施工及堤防实际运行情况等方面详细分析，查找原因。根据分析结果，堤基软弱土层及水塘河道等薄弱处承受不住上部新填土的竖向力及下切力，造成新老堤防之间的不均匀沉降是导致堤顶产生裂缝的最主要原因。汛后应着重针对堤脚软弱土层进行加固处理。

堤顶；裂缝；软弱土层；沉降

1 工程概况

长江南京大年段大堤位于南京市栖霞区境内长江南岸，上与大年泵站相连，下与大道河左岸堤防末端相接，全长约2.8 km。

本段堤防等级为二级，1998年大水后对其进行了加高培厚，加固后堤顶高程为10.95 m(吴淞高程，下同)，堤顶宽度为5～7 m，两侧坡比均为1∶3.0。2010年汛期长江出现自1999年以来最高的超警戒洪水位9.32 m(南京潮位站)，江堤多处出现险情，因此汛后在南京市长江干堤2011年应急加固工程中对此段堤防进行了第二次加固改造，在原堤防迎水坡帮宽加高，工程断面设计标准以防御1954年洪水为目标，堤顶高程高于设计洪水位2 m，堤顶宽度为10 m(含挡浪墙)，断面图见图1。土方工程于2012年汛前完工，堤顶防汛道路在汛后实施。

图1 2011年江堤应急加固设计断面图

2 裂缝情况

2016年7月初南京遭遇入梅以来最强降雨，长江干流全线水位上涨，栖霞区大年段水位上涨至9.17 m，与9.45 m设计洪水位仅相差0.28 m。7月6日在距离上游大年泵站约255 m处发现堤顶道路沿堤线方向产生一条纵向裂缝，裂缝距离新加固堤防挡浪墙约1.8～3.6 m，缝宽约0.4～3 cm，缝深0.1～0.35 m，裂缝延展长度约25 m。7月8日在距离第一条裂缝背水侧约1.5～2.7 m处又发现一条与之大体平行的细裂缝，缝宽约0.4～0.6 cm，缝深约0.1 m，裂缝延展长度约34 m。第一条纵向裂缝现场照片见图2。

图2 堤顶纵向裂缝

3 裂缝形成原因分析

(1)迎水坡堤脚处堤基土薄弱，产生不均匀沉降

本段堤防河床地基土层多为软塑状黏性土、淤泥质土，大多处于软塑及流塑状态，土体抗剪强度低，压缩量大，其抗冲刷能力低，属于软弱的不良土层，汛期高水位时容易造成河床临水坡面的破坏[1]。本段堤防采用在迎水侧帮宽加高，填土高度6～7 m，填土自重大，且新建堤防迎水坡坡脚紧邻原滩地的一道泵站进水渠(部分堤段堤脚位于渠道边坡上)，底部对上部堤身的支撑作用小，且淤泥质土、淤泥含量较大，再由于长江水位较高，堤身浸泡范围大，薄弱的地基土层不能够承担上部填土及水荷载，导致地基发生沉降变形，而原大堤经过了长时间的固结沉降目前已基本稳定，因此新老堤防地基产生了不均匀沉降，新堤堤身沿老堤迎水坡产生了微小滑动，堤顶受到拉力作用，从而导致了堤顶开裂。

(2)堤身土受水浸泡湿化变形

自入梅以来，雨水频繁，在7月初更是连续几天普降大雨，江水快速上涨，长江水位与设计洪水位仅相差0.28 m。水位的上升使堤身局部开始浸水，浸水后的土体由非饱和状态变为饱和状态，这时新加固范围内的土体结构发生变化，其应力应变关系也随之改变，各项物理力学指标有所降低。土体受湿化过程的影响，一般都要发生土体体积的改变即湿化变形[2]，其所产生的水平位移远大于竖向位移，加剧堤身的剪切破坏，这也是本次堤顶产生裂缝的又一主要原因。由于自1998年洪水过后，长江水位均没有突破外围子堤顶高程，因此长江大堤并没有真正挡水运行，此次长江水位快速上涨造成子堤破口，大堤直接阻挡江水防洪，相当于2016年才初次蓄水，且蓄水位较高，同时又遇到连续强降雨，雨水渗入堤身，而这两点都是土体最容易产生湿化变形的原因。

(3)施工速率过快

大年段堤防填筑土方高度较高，宽度较大，土方量较大，而工程的建设工期较紧，施工强度大填土加载速度快。堤防工程于2011年12月初开工，2012年1月底春节前即完成所有堤防土方工程，堤防下部土方未经充分碾压与固结后就继续快速往上堆载，一是造成上部土体堆载过大而增加了下部土体的倾斜与拉应变[3]；二是堆载过多后碾压质量无法保证，堤身密实度欠缺。因此施工速率过快是导致堤顶开裂的重要原因。

(4)排水不充分

由于工程建设工期较紧，短期内施工强度大，填土加载速度过快，土方未经充分碾压，不能及时固结，稳定排水不充分，当工程完成时仍然需要较长时间来排水固结，加大了堤身在完工后的沉降变形，促使堤顶裂缝的产生[2]。

4 堤顶纵向裂缝防治方法

4.1 裂缝预防方法

(1)堤基软弱土层处理

堤防地基存在软塑及流塑状态、抗剪强度低、压缩量大的软弱土层时必须对其进行必要的加固处理，培厚加宽堤脚土体，提高其抗剪强度，增强对上部土体竖向力及下切力的承受能力和自身的稳定性，减小沉降变形。

(2)采用合理的施工速率

严格按设计要求的施工工期控制施工速率，并严格按规范要求分层碾压，不允许过快填筑土方，分级施工，各项工程应设计合理的施工顺序，尽量不要进行交叉施工。护坡工程必须在土体基本固结稳定后实施。堤顶道路应在堤防土体完工且沉降变形基本稳定后实施，有条件时应在汛后堤防经过洪水考验后实施，此时可根据堤防沉降变形情况对堤防进行适当的修补。

(3)充分排水

堤防土方施工时必须严格按照规范要求分层碾压，控制每层填土厚度及碾压速率，确保堤身土体排水充分及时，加速土体固结，减小沉降变形。

4.2 裂缝治理方法

(1)堤脚软弱土层换填并加宽堤基土

对堤脚软弱土层进行换填处理。将堤脚外侧10 m范围内位于滑裂面以上及以下1 m厚度范围的软弱土层挖除干净后采用黄黏土回填并压实，10 m范围外采用开挖土方回填压实。换填后堤脚堤基土宽度加大，且土质得到改善，整体强度得到加强，抵抗土体竖向力及下切力能力得到较大提高，沉降变形有较大改善。

(2)锥探压力灌浆处理

锥探灌浆是在堤防上采用机械钻探，将黏土浆通过压力灌入堤身的裂缝和空隙中，起到充填与压密作用，提高堤防的密实性和抗渗能力，是处理堤防裂缝，防止渗漏的有效方法之一。本次处理沿裂缝开挖1 m深、0.5 m宽左右的槽，回填压实做为压盖，再对压盖下的缝隙进行灌浆处理。

(3)道路表面封缝处理

对裂缝宽度小于1 cm，深度小于0.3 m的裂缝，经观测已经稳定时，采用乳化沥青灌缝封堵处理。乳化沥青可以灌至裂缝深处，经过破乳及水分蒸发后会出现一定的空隙，所以须反复灌注，直至灌满。

5 结 语

(1)堤基软弱土层及水塘河道等薄弱处承受不住上部新填土的竖向力及下切力，造成新老堤防之间的不均匀沉降是导致堤防堤顶产生裂缝的最主要原因。

(2)堤防初次挡水，且水位较高，堤身土受水浸泡产生湿化变形，加剧堤身的剪切破坏，这也是本次堤顶产生裂缝的又一重要原因。

(3)施工速率过快，一次性土体堆载过大增加了下部土体的倾斜与拉应变，碾压质量无法保证，堤身密实度欠缺也是导致堤顶开裂的重要原因。

[1] 沈细中,应敬浩,孟献颖.黄河东明段大堤纵向裂缝防治对策[J].人民黄河,2007,29(1):17-19.

[2] 沈细中,张慧,杨文丽.黄河下游标准化堤防纵向裂缝成因与防治[J].岩土力学,2008,29(4):973-978.

[3] 钱财富,宋新江,李宏.某堤防工程堤顶塌陷与裂缝原因分析[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

胡峥嵘(1983-)，女，工程师，主要从事水工结构设计工作。

TV871.2

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2096-0506(2016)11-0046-03