淮北大堤临北段多处堤顶纵向裂缝成因浅探

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 堤防概况

淮北大堤临北段堤顶裂缝段堤防属于淮北大堤的一部分，位于安徽省蚌埠市五河县境内，范围为涡下段桩号37+000～41+500，长4.5km。该段堤防为退堤，工程级别为1 级，1956年建成，建成至今历经多处加固，现状标准断面为堤顶宽度10m，超高2.0m；迎水侧边坡1 ∶3；背水侧坡顶以下3m 处设置2m 宽平台，平台以上边坡1 ∶3，平台以下边坡1 ∶5，背水侧无压渗平台堤段加设20m 宽压渗平台，压渗平台顶高程高于附近地面0.5m 左右，平台以下边坡1 ∶5。

2 堤顶裂缝情况

2.1 裂缝基本情况

该段堤防堤顶为混凝土路面或沥青路面，之前未发现明显裂缝。2019年9月管理人员巡查时发现，桩号38+733～38+788 段、桩号38+900～39+300段、桩号39+895～40+125 段，堤顶防汛道路出现连续的纵向裂缝，裂缝发展较快，长度较长、宽度较大，且裂缝两侧路面出现明显高差错台，表现为迎水侧低、背水侧高。统计2019年10月底裂缝的宽度和错台高差，最大宽度为5.1cm，错台最大高差为6.1cm。

2.2 裂缝监测及探测

在各段裂缝共设置15 个监测点，对裂缝的宽度及错台高度进行监测，共监测5 次，在监测期内，裂缝宽度及错台高度变化较小，最后两次观测时，裂缝宽度和错台整体有变小的趋势。

雷达天线探测表明，在道路开裂区段，混凝土面层与水稳层连接面多处存在空隙，裂缝下延深度最深约1m 左右。

在桩号堤顶路面裂缝处开挖3 处探坑，探坑深度为2m 左右，裂缝位置处路面以下路基及堤身未发现明显裂缝及软弱面。

3 勘探试验、计算及成因分析

为了分析堤顶纵向裂缝的成因，对堤身进行了钻探、室内试验、高密度电法及地质雷达探测等，并进行相应的计算分析。

3.1 土层分布和性质

堤身和堤基土层可分为三层：

第0 层：填土，黄褐色～灰褐色，以粉质粘土～粘土为主，夹粉质壤土，硬塑～硬，层厚4.70～5.00m。

第①层：粉质粘土～重粉质壤土，黄褐色，硬塑～可塑，含铁锰结核，大部分未揭穿，揭穿层厚4.80m。

第②层：轻粉质壤土，灰黄色，可塑，未揭穿。

其中，裂缝堤段堤身土的液限平均值为56%，粘粒含量平均值为43.1%，自由膨胀率平均值为47%，分布有弱膨胀土。

3.2 迎水侧、背水侧土性差异分析

该段堤防裂缝主要特征为纵向裂缝及错台，根据工程实体质量、裂缝形态及现场未发现明显的土体滑动、隆起等迹象，初步分析排除路面结构层、路基和堤身结构失稳等原因，根据勘察结果进一步复核计算也表明不存在上述失稳情况。分析堤顶路面裂缝成因，很可能由于迎水侧、背水侧土性存在差异造成。为探明迎水侧、背水侧土性差异，分别进行钻探、坑探、高密度电法和地质雷达探测等方法进行分析，得到以下结果：

（1）迎水侧、背水侧土层分布及土质基本一致，根据高密度电法和地质雷达探测结果，堤身填土均匀性较好，未发现明显异常区域。

（2）裂缝堤段同一桩号相同深度迎水侧堤肩Ps曲线值比背水侧稍大，迎水侧堤身的电阻率明显比背水侧高（如图1），说明同一深度堤身土背水侧含水率比迎水侧大。

图1 38+770～38+829 迎水侧、背水侧电阻率对比图

（3）堤防裂缝堤段迎水侧路肩土探坑取样实测含水率明显比背水侧低，迎水侧堤身土钻探取样实测含水率明显比背水侧低，实测结果对比图如图2。

3.3 含水率差异引起的收缩变形计算分析

堤顶裂缝段堤防堤身存在膨胀土，具有遇水膨胀、失水收缩的特性。堤防的堤身土一般有草皮护坡或护砌，离水面较近，经常挡水，一般饱和度较高，土的含水率不会剧烈变化。本段堤防当地本年度8月28日至11月28日，三个月累计降雨量仅为40mm，造成长时间持续的严重旱情，会造成堤身浅部土层含水率大幅降低，实测裂缝堤段迎水侧、背水侧堤身土含水率存在明显差异，会造成土的不均匀收缩。

计算迎水侧和背水侧收缩变形差值，计算公式为：

式中：

Δs—迎水侧和背水侧收缩变形差值（mm）；

ψs—计算收缩变形量的经验系数，参考规范取0.8；

λsi—大气影响深度以上第i 层土的收缩系数；

Δwi—大气影响深度以上第i 层土迎水侧、背水侧含水率差值平均值；

hi—第i 层土计算厚度（mm）；

n—大气影响深度内分层数。

计算参数见表1。

表1 迎水侧、背水侧收缩变形差值计算参数表

计算得，迎水侧和背水侧收缩变形差值桩号38+750 为61.0mm，桩号38+950 为61.0mm，桩号39+990 为36.6mm，38+600 为7.7mm。

裂缝堤段实测错台高差桩号38+750 处为51.1mm，桩号38+950 为61.0mm，桩号39+990 为23.0mm，桩号38+600 处未产生裂缝，计算结果与实际情况基本吻合。

图2 迎水侧、背水侧取样实测含水率对比图

3.4 成因分析

淮北大堤临北段多处堤顶裂缝，主要表现为纵向裂缝及错台，根据现场情况和计算分析，排除了路面结构层、路基和堤身结构失稳等原因，试验表明裂缝段堤防堤身存在膨胀土，在本年度长时间持续严重干旱的诱因下，迎水侧、背水侧堤身土含水率存在明显差异，造成迎水侧和背水侧土体的收缩变形差值过大，导致路面面层产生纵向裂缝及错台。

最后两次观测时，经历多次降雨，干旱情况已有所缓解，裂缝宽度和错台整体变小的趋势亦证明了上述成因。

4 结语

（1）淮北大堤临北段裂缝主要表现为堤顶路面大范围纵向裂缝及错台，未发现路基及堤身存在裂缝及软弱面。

（2）堤身存在膨胀土，在持续严重干旱的诱因下，迎、背水侧堤身土含水率差异较大，造成迎、背水侧土体的收缩变形差值过大，导致裂缝。

（3）可采用快速修补技术等措施进行应急处理或拆除重新修筑，并在严重干旱天气时，做好堤身保水和草皮护坡养护等工作。

（4）对于堤身土黏粒含量较多、液限较高的堤防，在严重干旱等极端天气，均可能存在收缩变形带来的工程问题，如堤身设有截渗墙等工程措施，需重点考虑交界面的变形协调问题■