長江南京大年段大堤堤頂縱向裂縫成因及防治

胡崢嶸，顏凝香，吳利華

(南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210016)

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長江南京大年段大堤堤頂縱向裂縫成因及防治

胡崢嶸，顏凝香，吳利華

(南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210016)

2016年汛期長江大堤堤頂產生縱向裂縫，對此必須查明江堤堤頂產生裂縫的原因，為汛后堤防修復提供技術保障，確保大堤安全。結合現場實際情況和測量數據，從設計、施工及堤防實際運行情況等方面詳細分析，查找原因。根據分析結果，堤基軟弱土層及水塘河道等薄弱處承受不住上部新填土的豎向力及下切力，造成新老堤防之間的不均勻沉降是導致堤頂產生裂縫的最主要原因。汛后應著重針對堤腳軟弱土層進行加固處理。

堤頂；裂縫；軟弱土層；沉降

1 工程概況

長江南京大年段大堤位于南京市棲霞區境內長江南岸，上與大年泵站相連，下與大道河左岸堤防末端相接，全長約2.8 km。

本段堤防等級為二級，1998年大水后對其進行了加高培厚，加固后堤頂高程為10.95 m(吳淞高程，下同)，堤頂寬度為5～7 m，兩側坡比均為1∶3.0。2010年汛期長江出現自1999年以來最高的超警戒洪水位9.32 m(南京潮位站)，江堤多處出現險情，因此汛后在南京市長江干堤2011年應急加固工程中對此段堤防進行了第二次加固改造，在原堤防迎水坡幫寬加高，工程斷面設計標準以防御1954年洪水為目標，堤頂高程高于設計洪水位2 m，堤頂寬度為10 m(含擋浪墻)，斷面圖見圖1。土方工程于2012年汛前完工，堤頂防汛道路在汛后實施。

圖1 2011年江堤應急加固設計斷面圖

2 裂縫情況

2016年7月初南京遭遇入梅以來最強降雨，長江干流全線水位上漲，棲霞區大年段水位上漲至9.17 m，與9.45 m設計洪水位僅相差0.28 m。7月6日在距離上游大年泵站約255 m處發現堤頂道路沿堤線方向產生一條縱向裂縫，裂縫距離新加固堤防擋浪墻約1.8～3.6 m，縫寬約0.4～3 cm，縫深0.1～0.35 m，裂縫延展長度約25 m。7月8日在距離第一條裂縫背水側約1.5～2.7 m處又發現一條與之大體平行的細裂縫，縫寬約0.4～0.6 cm，縫深約0.1 m，裂縫延展長度約34 m。第一條縱向裂縫現場照片見圖2。

圖2 堤頂縱向裂縫

3 裂縫形成原因分析

(1)迎水坡堤腳處堤基土薄弱，產生不均勻沉降

本段堤防河床地基土層多為軟塑狀黏性土、淤泥質土，大多處于軟塑及流塑狀態，土體抗剪強度低，壓縮量大，其抗沖刷能力低，屬于軟弱的不良土層，汛期高水位時容易造成河床臨水坡面的破壞[1]。本段堤防采用在迎水側幫寬加高，填土高度6～7 m，填土自重大，且新建堤防迎水坡坡腳緊鄰原灘地的一道泵站進水渠(部分堤段堤腳位于渠道邊坡上)，底部對上部堤身的支撐作用小，且淤泥質土、淤泥含量較大，再由于長江水位較高，堤身浸泡范圍大，薄弱的地基土層不能夠承擔上部填土及水荷載，導致地基發生沉降變形，而原大堤經過了長時間的固結沉降目前已基本穩定，因此新老堤防地基產生了不均勻沉降，新堤堤身沿老堤迎水坡產生了微小滑動，堤頂受到拉力作用，從而導致了堤頂開裂。

(2)堤身土受水浸泡濕化變形

自入梅以來，雨水頻繁，在7月初更是連續幾天普降大雨，江水快速上漲，長江水位與設計洪水位僅相差0.28 m。水位的上升使堤身局部開始浸水，浸水后的土體由非飽和狀態變為飽和狀態，這時新加固范圍內的土體結構發生變化，其應力應變關系也隨之改變，各項物理力學指標有所降低。土體受濕化過程的影響，一般都要發生土體體積的改變即濕化變形[2]，其所產生的水平位移遠大于豎向位移，加劇堤身的剪切破壞，這也是本次堤頂產生裂縫的又一主要原因。由于自1998年洪水過后，長江水位均沒有突破外圍子堤頂高程，因此長江大堤并沒有真正擋水運行，此次長江水位快速上漲造成子堤破口，大堤直接阻擋江水防洪，相當于2016年才初次蓄水，且蓄水位較高，同時又遇到連續強降雨，雨水滲入堤身，而這兩點都是土體最容易產生濕化變形的原因。

(3)施工速率過快

大年段堤防填筑土方高度較高，寬度較大，土方量較大，而工程的建設工期較緊，施工強度大填土加載速度快。堤防工程于2011年12月初開工，2012年1月底春節前即完成所有堤防土方工程，堤防下部土方未經充分碾壓與固結后就繼續快速往上堆載，一是造成上部土體堆載過大而增加了下部土體的傾斜與拉應變[3]；二是堆載過多后碾壓質量無法保證，堤身密實度欠缺。因此施工速率過快是導致堤頂開裂的重要原因。

(4)排水不充分

由于工程建設工期較緊，短期內施工強度大，填土加載速度過快，土方未經充分碾壓，不能及時固結，穩定排水不充分，當工程完成時仍然需要較長時間來排水固結，加大了堤身在完工后的沉降變形，促使堤頂裂縫的產生[2]。

4 堤頂縱向裂縫防治方法

4.1 裂縫預防方法

(1)堤基軟弱土層處理

堤防地基存在軟塑及流塑狀態、抗剪強度低、壓縮量大的軟弱土層時必須對其進行必要的加固處理，培厚加寬堤腳土體，提高其抗剪強度，增強對上部土體豎向力及下切力的承受能力和自身的穩定性，減小沉降變形。

(2)采用合理的施工速率

嚴格按設計要求的施工工期控制施工速率，并嚴格按規范要求分層碾壓，不允許過快填筑土方，分級施工，各項工程應設計合理的施工順序，盡量不要進行交叉施工。護坡工程必須在土體基本固結穩定后實施。堤頂道路應在堤防土體完工且沉降變形基本穩定后實施，有條件時應在汛后堤防經過洪水考驗后實施，此時可根據堤防沉降變形情況對堤防進行適當的修補。

(3)充分排水

堤防土方施工時必須嚴格按照規范要求分層碾壓，控制每層填土厚度及碾壓速率，確保堤身土體排水充分及時，加速土體固結，減小沉降變形。

4.2 裂縫治理方法

(1)堤腳軟弱土層換填并加寬堤基土

對堤腳軟弱土層進行換填處理。將堤腳外側10 m范圍內位于滑裂面以上及以下1 m厚度范圍的軟弱土層挖除干凈后采用黃黏土回填并壓實，10 m范圍外采用開挖土方回填壓實。換填后堤腳堤基土寬度加大，且土質得到改善，整體強度得到加強，抵抗土體豎向力及下切力能力得到較大提高，沉降變形有較大改善。

(2)錐探壓力灌漿處理

錐探灌漿是在堤防上采用機械鉆探，將黏土漿通過壓力灌入堤身的裂縫和空隙中，起到充填與壓密作用，提高堤防的密實性和抗滲能力，是處理堤防裂縫，防止滲漏的有效方法之一。本次處理沿裂縫開挖1 m深、0.5 m寬左右的槽，回填壓實做為壓蓋，再對壓蓋下的縫隙進行灌漿處理。

(3)道路表面封縫處理

對裂縫寬度小于1 cm，深度小于0.3 m的裂縫，經觀測已經穩定時，采用乳化瀝青灌縫封堵處理。乳化瀝青可以灌至裂縫深處，經過破乳及水分蒸發后會出現一定的空隙，所以須反復灌注，直至灌滿。

5 結 語

(1)堤基軟弱土層及水塘河道等薄弱處承受不住上部新填土的豎向力及下切力，造成新老堤防之間的不均勻沉降是導致堤防堤頂產生裂縫的最主要原因。

(2)堤防初次擋水，且水位較高，堤身土受水浸泡產生濕化變形，加劇堤身的剪切破壞，這也是本次堤頂產生裂縫的又一重要原因。

(3)施工速率過快，一次性土體堆載過大增加了下部土體的傾斜與拉應變，碾壓質量無法保證，堤身密實度欠缺也是導致堤頂開裂的重要原因。

[1] 沈細中,應敬浩,孟獻穎.黃河東明段大堤縱向裂縫防治對策[J].人民黃河,2007,29(1):17-19.

[2] 沈細中,張慧,楊文麗.黃河下游標準化堤防縱向裂縫成因與防治[J].巖土力學,2008,29(4):973-978.

[3] 錢財富,宋新江,李宏.某堤防工程堤頂塌陷與裂縫原因分析[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

胡崢嶸(1983-)，女，工程師，主要從事水工結構設計工作。

TV871.2

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2096-0506(2016)11-0046-03