施工期堤防裂縫原因分析及處理措施

劉磊，劉亮，曾俊，任磊

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院,湖北 武漢 430070)

0 引言

在堤防工程中，堤身開裂是最常見的工程問題，也是影響工程質(zhì)量和工程進(jìn)度的重要因素。堤身開裂往往是其他重大險情的前兆，裂縫的存在使得堤防工程的整體穩(wěn)定性遭到破壞，如不及時處理，極易造成重大的安全事故。比如，縱向裂縫會使得堤身平臺的抗滑能力減小，由此引發(fā)滑坡、崩岸等事故；橫向裂縫會使得堤身的抗?jié)B透能力減小，容易形成滲漏通道，進(jìn)一步發(fā)展為漏洞、潰口等事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

造成堤身開裂的因素有很多，對于不同的情況要采取不同的工程處理措施，結(jié)合具體的工程案例進(jìn)行分析，更具有工程意義。因此，文章結(jié)合黃石大冶湖湖堤加固工程，對施工期出現(xiàn)的堤身開裂問題進(jìn)行研究，分析堤身開裂原因，提出工程處理措施，并給出工程建議，以指導(dǎo)工程施工。

1 工程概況

黃石大冶湖湖堤加固工程按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固，堤防級別為2級。堤頂寬3.00～5.00 m，堤身高2.00～5.00 m，內(nèi)坡坡比為1.00∶1.50～1.00∶3.50，外坡坡比1.00∶1.50～1.00∶3.00。

堤防加固工程擬充分利用現(xiàn)有堤防的有利條件，采用斜坡式堤型，拆除原漿砌石防洪墻，在原堤防的基礎(chǔ)上進(jìn)行加高培厚。堤防加固工程中，在對老堤進(jìn)行加高培厚時，新老堤結(jié)合面很容易產(chǎn)生各種裂縫。本工程在堤身填筑施工期，多個區(qū)段出現(xiàn)堤身開裂，裂縫的基本情況和主要特征如下。

樁號3+040～3+100區(qū)段堤頂附近的卸料平臺出現(xiàn)整體沉降滑移，形成一個寬20～100 cm，長度60 m左右的剪切性裂縫，平臺整體沉陷1 m左右，裂縫深度4～5 m；樁號3+200～3+240區(qū)段堤身出現(xiàn)寬度15～20 cm，長度約40 m的縱向裂縫，裂縫深度2～3 m；樁號3+600～3+660區(qū)段在施工時遭遇連續(xù)降雨，水位上漲，堤腳基礎(chǔ)未能進(jìn)行有效地清理，填筑后出現(xiàn)不均勻沉降，2級平臺多次出現(xiàn)裂縫，寬度5～15 cm，長度約40 m，深度約1.50 m；樁號7+900～8+100區(qū)段為險工險段，在往年汛期搶險加培堤身，填筑材料為紅砂壤土，并且未碾壓密實。施工期對原堤身進(jìn)行削坡加固時，由于機(jī)械擾動，背坡面出現(xiàn)有多條寬5～10 cm，深度1 m左，長度10～20 m的斜向裂縫，并伴有滲水情況發(fā)生。

根據(jù)裂縫的特點和成因，可以分為深層剪切性裂縫，不均勻沉降裂縫，淺層拉裂裂縫等。典型的施工期剪切滑移裂縫和堤身不均勻沉降裂縫分別如圖1和圖2所示。

圖1 剪切滑移裂縫示意圖

圖2 不均勻沉降裂縫示意圖

施工期發(fā)現(xiàn)堤身開裂后，立即對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并針對不同情況進(jìn)行了處理，各區(qū)段裂縫總體情況如表1所示。

表1 施工期堤身裂縫情況匯總表

2 裂縫原因分析

2.1 基礎(chǔ)承載力不足

堤身基礎(chǔ)軟弱，承載力不足，是堤身填筑時出現(xiàn)裂縫的最重要原因。當(dāng)在堤身上部填土過快，上部荷載超過下部土體的抗剪強(qiáng)度時，就會沿著土體軟弱帶形成一個圓弧形的剪切滑移面，從而出現(xiàn)土體整體滑移的情況，屬于剪切性滑移裂縫。剪切性裂縫通常表現(xiàn)為一條或多條相互銜接的縱向裂縫，裂縫一般較寬，范圍較長，對于堤防工程是非常危險的。對于樁號3+040～3+100段，在堤頂部位臨時形成卸料平臺，短時間內(nèi)堆積了大量土方，上部荷載超過下部軟弱基礎(chǔ)的承載能力，土體沿著剪切面整體滑移，上部土體下沉，下部基礎(chǔ)淤泥外翻，出現(xiàn)了整體剪切滑移破壞。

2.2 不均勻沉降

堤防工程工期較緊或者基礎(chǔ)不易處理時，允許在軟弱基礎(chǔ)上筑堤，這時就要求減小鋪料厚度，降低填筑的強(qiáng)度，保證堤防基礎(chǔ)能夠自適應(yīng)沉降。而當(dāng)填筑過快或者堤防基礎(chǔ)局部承載力差別較大時，不同區(qū)域沉降速率不同，從而就會導(dǎo)致堤身出現(xiàn)不均勻沉降裂縫。對于3+600區(qū)段多次出現(xiàn)的堤身裂縫，和堤腳基礎(chǔ)填筑過快而出現(xiàn)的不均勻沉降有著直接的關(guān)系。

2.3 堤身填筑不密實

未經(jīng)壓實或者壓實度不夠的土體，孔隙率較大，土體松散，結(jié)構(gòu)易被破壞，經(jīng)過降雨干濕循環(huán)或者受到外力擾動時，就容易產(chǎn)生裂縫。對于樁號7+900～8+100的區(qū)段，為往年汛期搶險加固的險工險段，填土材料未充分碾壓密實，在對原堤身進(jìn)行削坡處理、加高培厚時，破壞了原有的松散結(jié)構(gòu)，從而造成原有堤身出現(xiàn)裂縫。一般而言，堤防工程對于填土密實度有要求，該工程屬于2級堤防，填筑堤身材料為黏性土?xí)r要達(dá)到0.93的壓實度，非黏性土?xí)r要達(dá)到0.65的相對密度。

2.4 施工質(zhì)量不合格

堤防工程通常要在汛期之前達(dá)到防汛高程，工期緊，任務(wù)重，在施工期間就會有填筑速度過快，攤鋪土料過厚以及碾壓不均勻、不充分等施工質(zhì)量問題。當(dāng)這些問題遇到基礎(chǔ)較差的區(qū)段時，也可能會引起堤身開裂，輕則產(chǎn)生表層裂縫，重則引起深層裂縫甚至滑坡破壞。嚴(yán)格控制施工填筑速度，控制鋪料厚度和碾壓密實度，是保證堤身質(zhì)量的重要工序。

3 裂縫處理措施

3.1 減載壓重

對于剪切性裂縫，應(yīng)及早采取措施，在出現(xiàn)滑坡征兆就應(yīng)全力搶護(hù)，阻止滑移面進(jìn)一步擴(kuò)大，以減小事故損失。剪切滑移面的搶護(hù)原則是上部減載，下部壓重。在本工程中，對于樁號3+100處的裂縫在第一時間就轉(zhuǎn)移卸料平臺土料，減小堤身上部荷載，之后對下部進(jìn)行壓重，堤腳利用風(fēng)化石料進(jìn)行壓坡固腳，阻止淤泥隆起，防止滑移面擴(kuò)大。在堤腳處理以后，保證裂縫不再有擴(kuò)大趨勢，對裂縫進(jìn)行翻挖處理，之后進(jìn)行回填碾壓。

3.2 基礎(chǔ)處理

堤身裂縫穩(wěn)定后，要查明開裂原因，對于由于堤身基礎(chǔ)軟弱、承載力不足導(dǎo)致堤身出現(xiàn)剪切性裂縫的情況，要對基礎(chǔ)進(jìn)行處理。首先考慮阻斷滑移面，可考慮采用杉木樁或者碎石樁貫穿滑移面，阻止滑移面上部土體繼續(xù)下滑。之后，對于堤腳處基礎(chǔ)淤泥較深的情況，可采用塊石擠淤的方法，拋填粒徑50 cm以上的石塊，擠壓淤泥，提高基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性。而對于軟弱淤泥層范圍較大的情況，可采用拋填鋪蓋的方法，在沿線堤腳外部拋填15～20 m寬的2～3 m后的風(fēng)化石料鋪蓋，對堤腳基礎(chǔ)進(jìn)行壓重處理，保重淤泥不上翻，從而提高堤身的穩(wěn)定性，保證堤身均勻沉降。

3.3 翻挖回填

在確保裂縫不會繼續(xù)擴(kuò)大后，采用開挖回填的方法對裂縫進(jìn)行處理。在開挖時，采用梯形斷面，開挖深度至裂縫以下0.50 m左右，對于深度較深的裂縫要開挖成臺階狀，便于新舊填土面能夠很好地結(jié)合，開挖長度要超過裂縫兩端各2 m。之后按照30 cm一層，循環(huán)填筑碾壓回填，分層填筑密實。在遇到陰雨天氣時，要對裂縫進(jìn)行覆蓋，防止雨水灌入裂縫，引發(fā)滲漏破壞。

3.4 沉降觀測

對于堤身出現(xiàn)裂縫的區(qū)段，在進(jìn)行翻挖處理以后，要加強(qiáng)對沉降位移的觀測。每隔100 m設(shè)一個位移觀測點，每天進(jìn)行位移監(jiān)測。根據(jù)堤防施工規(guī)范，水平位移量小于5 mm/d，垂直位移量小于10 mm/d，通常認(rèn)為是安全的，方可進(jìn)行下序填筑施工。

4 結(jié)論

文章結(jié)合黃石大冶湖湖堤加固工程，針對施工期出現(xiàn)的幾種不同的堤身開裂情況進(jìn)行分析，總結(jié)了可能引起堤身裂縫的原因，包括：堤基基礎(chǔ)承載力不足、堤身不均勻沉降、堤身填筑不密實和施工質(zhì)量不合格等，并根據(jù)裂縫的類型和成因，總結(jié)了堤身裂縫的處理措施，在出現(xiàn)剪切性裂縫時，首先進(jìn)行搶護(hù)，減載壓重，阻止裂縫擴(kuò)大；對于承載力較差的軟弱基礎(chǔ)，要進(jìn)行基礎(chǔ)處理，提高堤身的穩(wěn)定性；裂縫穩(wěn)定后，進(jìn)行翻挖回填，分層碾壓；在后期，對于容易開裂的區(qū)段，要進(jìn)行沉降跟蹤監(jiān)測。