堤防工程土堤裂缝原因分析及处理措施

罗彬

摘 要：堤防工程在防汛、防潮、抗洪调度、确保一方平安上做出了巨大贡献，但由于种种原因，堤防工程土堤也容易出现裂缝，这严重威胁到堤防工程的安全运行，因此，必须对堤防工程土堤出现的裂缝进行有效处理。本文结合具体的堤防工程，分析了堤防工程土堤裂缝产生的原因，阐述了裂缝的处理措施，有效保证了土堤的安全运行。

关键词：土堤；裂缝；原因；处理措施；灌浆

堤防工程是我国水利工程的重要组成部分，在防汛、防潮、抗洪调度、确保一方平安上做出了巨大贡献。因此，确保堤防工程的安全可靠运行就显得尤为重要。但堤防工程土堤也比较容易出现各种裂缝，对土堤的整体性、耐久性和防渗能力具有严重的危害。为了确保土堤的安全和长期可靠运行，必须对裂缝产生原因进行分析，进而采取处理措施。

1 工程概况

某堤防工程是以挡潮为主，兼顾防洪、交通等综合效益的水利工程。堤防为均质土堤，最大堤高为7.2m，堤顶宽为5.6m，在检查中发现在软基段堤顶分别出现2条横裂缝，横穿土堤。其中1条为闸左引堤接闸处接触面，裂缝长度约为17m，缝宽约为3cm，裂缝形态为断续的宽缝与细缝相接，组成1条整体上连续的横缝；另1条为裂闸右引堤接闸处接触面，缝长也约17m，缝宽约为4cm，裂缝形态与上条裂缝基本相同。

2 软基段地质条件及软土的物理力学特性

右岸软基段主土堤基础夹砂质淤泥、淤泥、细砾、砾质砂、中～粗砂等，砂层层厚3.22～8.6 m，淤泥层层厚0.76～10.5 m，承载力标准值：淤泥为45kpa，砂质淤泥为60kpa，中粗砂为100kpa。砂质淤泥、淤泥其特征是质软，呈浅灰、深灰～灰黑色，局部夹腐殖层，土样易变形，干时收缩见细裂纹，属流塑～软塑状，高压缩性。对砂质淤泥、淤泥的室内土工试验表明：

1）粘、粉粒含量高；天然含水量大，呈软～流塑状态；孔隙比大，干容重小。

2）渗透性极微。

3）高塑性，高压缩；固结系数小，灵敏度高。

4）低强度。

3 裂缝原因分析

裂缝出现以后对裂缝的性状及成因做了检测及理论分析。检测主要有2个内容：一是对软基性状进行钻探取样检测试验；二是利用电测深法对裂缝走向及深度等作定性分析。理论分析主要是利用钻探取样试验结果对堤基的最终沉降以及堤基沉降随时间的发展过程进行理论计算分析；另外，还对堤体施工运行期的稳定性进行了分析。

3.1 钻探取样检测

钻探取样检测试验主要由钻探、原位测试和室内土工试验3个部分组成。原位测试以静力触探和十字板剪切为主，辅以标准贯入试验。

钻探取样检测认为：虽然堤防外坡和外坡砼基础都采用松林桩处理，对护坡和挡土墙来说起到一定的效果，但堤身地基没有进行处理，堤身基础软土仍处于流塑状态。从地基土层结构、软土层的空间展布和软土物理力学性质等因素反映出如堤身填筑速率控制不妥，而闸墩基础进行了沉管灌注桩处理后承载力较高，接闸处形成软硬地基土体变形差会引起不均匀沉陷，不均匀沉陷超过土体抗拉强度，堤身裂缝产生也就在所难免。经过一段时间后虽然软土性状有所改善，如含水量、孔隙比、压缩系数在逐期降低，压缩模量和抗剪强度在提高，但是软土仍处于流塑状态，完全固结还需要较长时间，且地基仍会产生不均匀沉陷。

3.2 电测深法检测

检测方法主要采用的是三極电测深剖面法，测深点距一般为10m，在裂缝附近地段加密为5m。主要结论如下：

1）软土地段视电阻率约为50～1000，填土后视电阻率提高到200～3000，说明软土含水量减少。

2）裂缝深度基本到堤基底，即到达高程-0.6m左右，并发展至基础以下部位。

3）裂缝位置与堤基软硬土体较为悬殊的部位相吻合，说明软硬土体的不均匀沉降是导致堤身开裂的主要原因。

3.3 堤防基础沉降计算

堤基沉降可分为三个阶段， 初始沉降段、快速沉降段和缓慢沉降段。初始沉降段， 即施工周期内的沉降段， 本段沉降量增加很快， 几乎呈线性增加； 快速沉降段相当于土体主固结阶段， 本段沉降量增加比初始沉降段慢， 随着时间的增长， 沉降量的增加速率在逐渐的减少，沉降量与时间的关系为非线性关系； 缓慢沉降段是一个漫长的过程， 其沉降速率很小， 沉降量也很小， 但所花时间却较长， 占总沉降时间的50% 以上， 其作用相当于次固结效应。堤基沉降计算采用分层总和法，黏性土堤体竣工时的沉降量和最终沉降量计算公式：

式中：St 为竣工时或堤身总沉降量；eio为第i 层的起始孔隙

比；eit 为第i 层相应于竣工时或最终的竖向有效应力作用下的孔

隙比；hi 为第i 层土层厚度；n 为土层分层数。

施工期间的堤身土竖向有效应力=主应力-孔隙水压力，竣

工后的堤顶沉降量应为最终沉降量减去竣工时沉降量的差值。

非黏性土堤基的最终沉降量计算公式为：

式中：S∞为堤基的最终沉降量；pi为第i 计算土层由堤身荷载产生的竖向应力；Ei为第i 层计算土层的变形模量。

3.4 堤身稳定分析

通过计算结果表明，施工期内堤身加高至设计高程6.54m（堤顶），施工期下游边坡稳定安全系数为1.1，属于偏危险状态，未能满足规范Kc≥1.1的要求。因此有必要采取一些工程措施，以加速地基固结、维护下游边坡稳定。

综合检测结果及计算结果，可认为软土地基与接闸处理过地基的不均匀沉降差过大是堤防产生裂缝的主要原因，而不是由于地基失稳所致。

4 裂缝的处理

在土堤分别以2条主裂缝内侧范围为主，沿裂缝方向长度为31m，其中裂缝两端外侧各3m。另外，分别沿2条裂缝方向距裂缝1.5 m在土堤则布置充填式灌浆孔，排距为1.5m，共两排，梅花形布孔，进行灌浆封堵。其余部分进行劈裂式灌浆，两处裂缝灌浆分别从裂缝处起沿堤轴线各20 m长，灌浆孔沿堤轴线布置，以堤轴线为中心线两边布置，孔距为3.0m，排距为2.0m，共两排。充填式、劈裂式灌浆孔深要超过裂缝深度2m。endprint

4.1 灌浆材料

选用灌浆材料以粘性土为主，掺加15%等级为42.5的硅酸盐水泥，使浆体易于固结和有较好的防渗效果。粘性土选用粉砂质红粘土。土料粒度构成及浆液控制指标如下：1.灌浆土料要求。 （1）充填式灌浆：塑性指数10%～25%，粘粒含量25%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量<10%，有机质含量<2%，可溶盐含量<8%；（2）劈裂式灌浆：塑性指数8%～15%，粘粒含量20%～30%，粉粒含量30%～50%，砂粒含量10%～30%，有机质含量<2%，可溶盐含量<8%。 2.浆液的物理力学指标。 （1）充填式灌浆：容重1.3～1.6g/cm3，粘度30～100s，稳定性<0.1g/cm3，胶体率>80%，失水量10～30cm3/30min；（2）劈裂式灌浆：容重1.3～1.6g/cm3，粘度20～70s，稳定性0.1～0.15g/cm3，胶体率>70%，失水量10～30cm3/30min。灌浆导管选φ38mm的镀锌管，清孔导管选用φ20mm的镀锌管，4孔/cm2的筛网。

4.2 灌浆施工

在同一单元灌浆孔中，灌浆孔灌浆分两序进行，先裂缝两端充填式灌浆，后劈裂式灌浆，以达到充填封堵、劈裂加固的灌浆目的。先造单序孔，待单序孔5次灌浆完毕，再造第二序孔进行灌浆。每孔灌浆次数为5次，每次复灌浆时间间隔不少于5d，灌浆过程中水平位移应少于30mm，浆液的容重控制在1.3～1.6g/cm3。单孔第一、二次灌浆控制在1.3～1.35g/cm3，以后再逐渐加大浆的浓度至设计要求。

灌浆压力和灌浆量的控制：灌浆是通过灌浆机加压后输出至导管。WJG80型的灌浆机可以通过输出功率来控制出量，YEL-3型有回浆管来控制出浆量。充填式灌浆孔口最大压力为0.1MPa，劈裂式灌浆孔口最大压力为0.15MPa。土堤灌浆是采用全孔孔底灌注法，这样可由孔底反向全孔，使孔内泥处于半循环状态有利提高灌浆质量。灌浆开始，先用稀浆灌3～5min，然后加大泥浆的稠度至设计要求。若孔口出现压力下降和注浆管出现负压时，应再加大浆液的稠度。当表压力读数大于设计的最大压力值时，立即调节出浆量或停灌；达到设计最大压力值时，保持稳定1～2h后，当压力回升时，做好换孔的准备。在换孔前再用稀浆注3～5min，以便下次灌注易于清孔和浆液流通。

4.3 灌浆效果

在灌浆结束1周后，对土堤裂缝灌浆效果进行检测。采用探地雷达、电测深剖面法进行现场检测，并挖坑检测。经处理后的雷达剖面图与灌浆前的对比，电磁波波线有较好的波纹；灌浆后效果良好，裂缝被泥浆充分充填；挖坑检测也表明灌浆效果良好，原有的大小裂缝都被泥浆充填充实，但充填的泥浆含水量大，未充分固结。

5 结语

堤防工程土堤的安全关系到国民经济的建设和人民群众的生命财产安全，因此，确保其安全可靠运行意义重大。在本工程中，通过对软基段裂缝的灌浆处理，解决了土堤的防渗和安全问题，效果良好，由此可见，上述裂缝处理措施是行之有效的，相信其经验可为今后类似工程土堤裂缝处理提供借鉴。

參考文献

[1]赵丽萍；耿庆珍；张宏.浅谈土石坝裂缝的成因及常用处理措施[J].水利科技与经济，2005年11期

[2]刘正革.关于大坝混凝土裂缝原因分析及预防措施的探讨[J].城市建设理论研究，2011年第20期endprint