施工期堤防裂缝原因分析及处理措施

刘磊，刘亮，曾俊，任磊

(湖北省水利水电规划勘测设计院,湖北 武汉 430070)

0 引言

在堤防工程中，堤身开裂是最常见的工程问题，也是影响工程质量和工程进度的重要因素。堤身开裂往往是其他重大险情的前兆，裂缝的存在使得堤防工程的整体稳定性遭到破坏，如不及时处理，极易造成重大的安全事故。比如，纵向裂缝会使得堤身平台的抗滑能力减小，由此引发滑坡、崩岸等事故；横向裂缝会使得堤身的抗渗透能力减小，容易形成渗漏通道，进一步发展为漏洞、溃口等事故，造成巨大的经济损失。

造成堤身开裂的因素有很多，对于不同的情况要采取不同的工程处理措施，结合具体的工程案例进行分析，更具有工程意义。因此，文章结合黄石大冶湖湖堤加固工程，对施工期出现的堤身开裂问题进行研究，分析堤身开裂原因，提出工程处理措施，并给出工程建议，以指导工程施工。

1 工程概况

黄石大冶湖湖堤加固工程按50年一遇防洪标准进行加固，堤防级别为2级。堤顶宽3.00～5.00 m，堤身高2.00～5.00 m，内坡坡比为1.00∶1.50～1.00∶3.50，外坡坡比1.00∶1.50～1.00∶3.00。

堤防加固工程拟充分利用现有堤防的有利条件，采用斜坡式堤型，拆除原浆砌石防洪墙，在原堤防的基础上进行加高培厚。堤防加固工程中，在对老堤进行加高培厚时，新老堤结合面很容易产生各种裂缝。本工程在堤身填筑施工期，多个区段出现堤身开裂，裂缝的基本情况和主要特征如下。

桩号3+040～3+100区段堤顶附近的卸料平台出现整体沉降滑移，形成一个宽20～100 cm，长度60 m左右的剪切性裂缝，平台整体沉陷1 m左右，裂缝深度4～5 m；桩号3+200～3+240区段堤身出现宽度15～20 cm，长度约40 m的纵向裂缝，裂缝深度2～3 m；桩号3+600～3+660区段在施工时遭遇连续降雨，水位上涨，堤脚基础未能进行有效地清理，填筑后出现不均匀沉降，2级平台多次出现裂缝，宽度5～15 cm，长度约40 m，深度约1.50 m；桩号7+900～8+100区段为险工险段，在往年汛期抢险加培堤身，填筑材料为红砂壤土，并且未碾压密实。施工期对原堤身进行削坡加固时，由于机械扰动，背坡面出现有多条宽5～10 cm，深度1 m左，长度10～20 m的斜向裂缝，并伴有渗水情况发生。

根据裂缝的特点和成因，可以分为深层剪切性裂缝，不均匀沉降裂缝，浅层拉裂裂缝等。典型的施工期剪切滑移裂缝和堤身不均匀沉降裂缝分别如图1和图2所示。

图1 剪切滑移裂缝示意图

图2 不均匀沉降裂缝示意图

施工期发现堤身开裂后，立即对裂缝产生的原因进行分析，并针对不同情况进行了处理，各区段裂缝总体情况如表1所示。

表1 施工期堤身裂缝情况汇总表

2 裂缝原因分析

2.1 基础承载力不足

堤身基础软弱，承载力不足，是堤身填筑时出现裂缝的最重要原因。当在堤身上部填土过快，上部荷载超过下部土体的抗剪强度时，就会沿着土体软弱带形成一个圆弧形的剪切滑移面，从而出现土体整体滑移的情况，属于剪切性滑移裂缝。剪切性裂缝通常表现为一条或多条相互衔接的纵向裂缝，裂缝一般较宽，范围较长，对于堤防工程是非常危险的。对于桩号3+040～3+100段，在堤顶部位临时形成卸料平台，短时间内堆积了大量土方，上部荷载超过下部软弱基础的承载能力，土体沿着剪切面整体滑移，上部土体下沉，下部基础淤泥外翻，出现了整体剪切滑移破坏。

2.2 不均匀沉降

堤防工程工期较紧或者基础不易处理时，允许在软弱基础上筑堤，这时就要求减小铺料厚度，降低填筑的强度，保证堤防基础能够自适应沉降。而当填筑过快或者堤防基础局部承载力差别较大时，不同区域沉降速率不同，从而就会导致堤身出现不均匀沉降裂缝。对于3+600区段多次出现的堤身裂缝，和堤脚基础填筑过快而出现的不均匀沉降有着直接的关系。

2.3 堤身填筑不密实

未经压实或者压实度不够的土体，孔隙率较大，土体松散，结构易被破坏，经过降雨干湿循环或者受到外力扰动时，就容易产生裂缝。对于桩号7+900～8+100的区段，为往年汛期抢险加固的险工险段，填土材料未充分碾压密实，在对原堤身进行削坡处理、加高培厚时，破坏了原有的松散结构，从而造成原有堤身出现裂缝。一般而言，堤防工程对于填土密实度有要求，该工程属于2级堤防，填筑堤身材料为黏性土时要达到0.93的压实度，非黏性土时要达到0.65的相对密度。

2.4 施工质量不合格

堤防工程通常要在汛期之前达到防汛高程，工期紧，任务重，在施工期间就会有填筑速度过快，摊铺土料过厚以及碾压不均匀、不充分等施工质量问题。当这些问题遇到基础较差的区段时，也可能会引起堤身开裂，轻则产生表层裂缝，重则引起深层裂缝甚至滑坡破坏。严格控制施工填筑速度，控制铺料厚度和碾压密实度，是保证堤身质量的重要工序。

3 裂缝处理措施

3.1 减载压重

对于剪切性裂缝，应及早采取措施，在出现滑坡征兆就应全力抢护，阻止滑移面进一步扩大，以减小事故损失。剪切滑移面的抢护原则是上部减载，下部压重。在本工程中，对于桩号3+100处的裂缝在第一时间就转移卸料平台土料，减小堤身上部荷载，之后对下部进行压重，堤脚利用风化石料进行压坡固脚，阻止淤泥隆起，防止滑移面扩大。在堤脚处理以后，保证裂缝不再有扩大趋势，对裂缝进行翻挖处理，之后进行回填碾压。

3.2 基础处理

堤身裂缝稳定后，要查明开裂原因，对于由于堤身基础软弱、承载力不足导致堤身出现剪切性裂缝的情况，要对基础进行处理。首先考虑阻断滑移面，可考虑采用杉木桩或者碎石桩贯穿滑移面，阻止滑移面上部土体继续下滑。之后，对于堤脚处基础淤泥较深的情况，可采用块石挤淤的方法，抛填粒径50 cm以上的石块，挤压淤泥，提高基础的承载力和稳定性。而对于软弱淤泥层范围较大的情况，可采用抛填铺盖的方法，在沿线堤脚外部抛填15～20 m宽的2～3 m后的风化石料铺盖，对堤脚基础进行压重处理，保重淤泥不上翻，从而提高堤身的稳定性，保证堤身均匀沉降。

3.3 翻挖回填

在确保裂缝不会继续扩大后，采用开挖回填的方法对裂缝进行处理。在开挖时，采用梯形断面，开挖深度至裂缝以下0.50 m左右，对于深度较深的裂缝要开挖成台阶状，便于新旧填土面能够很好地结合，开挖长度要超过裂缝两端各2 m。之后按照30 cm一层，循环填筑碾压回填，分层填筑密实。在遇到阴雨天气时，要对裂缝进行覆盖，防止雨水灌入裂缝，引发渗漏破坏。

3.4 沉降观测

对于堤身出现裂缝的区段，在进行翻挖处理以后，要加强对沉降位移的观测。每隔100 m设一个位移观测点，每天进行位移监测。根据堤防施工规范，水平位移量小于5 mm/d，垂直位移量小于10 mm/d，通常认为是安全的，方可进行下序填筑施工。

4 结论

文章结合黄石大冶湖湖堤加固工程，针对施工期出现的几种不同的堤身开裂情况进行分析，总结了可能引起堤身裂缝的原因，包括：堤基基础承载力不足、堤身不均匀沉降、堤身填筑不密实和施工质量不合格等，并根据裂缝的类型和成因，总结了堤身裂缝的处理措施，在出现剪切性裂缝时，首先进行抢护，减载压重，阻止裂缝扩大；对于承载力较差的软弱基础，要进行基础处理，提高堤身的稳定性；裂缝稳定后，进行翻挖回填，分层碾压；在后期，对于容易开裂的区段，要进行沉降跟踪监测。