堤防裂缝处理方案探讨

□王建军 □杨 顺

（长沙市水利水电勘测设计院）

堤防裂缝处理方案探讨

□王建军 □杨 顺

（长沙市水利水电勘测设计院）

长沙市合丰垸浏阳河大堤川河横堤（K 7+444）至竹沙桥段（K 9+811）堤防出现裂缝，经现场检测，缝隙两侧无明显沉降表现，开裂处呈竖直状，未见明显滑动痕迹。经分析，裂缝产生的原因可能是堤防基础砂卵石层较厚且不均匀、外河水位持续低水位、堤防本身不均匀沉降、堤防周围压重等多方面因素引起的，针对不同的影响因素采用了压重处理、堤基防渗、充填灌浆等几种处理措施，从根本上解决了堤防可能由于以上因素再次出现裂缝的可能，以上经验可为类似工程借鉴。

裂缝；原因分析；险工处理

一、工程概况

合丰垸位于长沙市雨花区黎托境内，浏阳河下游左岸，垸内面积约22.06km2，集雨面积29.11km2，是长沙城区范围内面积仅次于长善垸的万亩大垸。合丰垸浏阳河大堤从眠羊山渡口至圭塘河口长11.37km。2007年，由于武广高速建设需要，对浏阳河大堤进行了100年一遇防洪标准的综合整治设计，现在正在按100年一遇防洪标准由武广新区建设指挥部组织建设。

2009年10月初，雨花区农业林业水利局在进行水利冬修隐患排查时，发现合丰垸浏阳河大堤川河横堤（K7+444）至竹沙桥段（K9+811）堤防出现裂缝，严重影响了堤防安全。经现场查勘及量测，该堤段堤顶纵向裂缝均出现在大堤堤顶中部或稍偏堤顶内侧，基本沿堤轴线走向，共出现裂缝7处。为探明裂缝开裂情况，雨花区农业林业水利局组织人员对其中一个裂缝（K8+894）进行了开挖；该缝表面缝宽3.0cm，开裂长度约30m；开挖深度约1.5m，开挖底部缝宽约1cm，用铁棒在底部向下仍可插入1.5m；缝隙两侧无明显沉降表现，开裂处呈竖直状，未见明显滑动痕迹。

二、水文

浏阳河属湘江一级支流，发源于浏阳市大围山，流经白沙、官渡、浏阳市区、柏加镇，在长沙市北郊汇入湘江，流域面积4220km2，河流长度216km，河流平均坡降0.57‰。

湘江流域降雨量，呈地区分布不均匀、年际变幅大、年内分配不均匀的特点，多年降雨量1200～1700mm。浏阳河设计流量6200m3/s（P=1%），浏阳河朗梨站设计洪水为39.95m(p=1%)。

朗梨站水文站距浏阳河口25.58km，川河横堤距浏阳河口17.99km，距水文站7.59km，竹沙桥距浏阳河口15.49km，距水文站10.09km。

三、地质

根据工程勘察成果，工程区除南侧见有基岩出露以外，其余地段均被第四系松散堆积物所覆盖，其中堤防沿线及局部地段为人工堆积（Qs）、河床及河漫滩为全新统河流冲积堆积物（Q4al）、堤垸及垸内地表多为中更新统河冲积堆（Q4al）。工程区所见地层岩性从下至上主要有紫红色夹灰绿色泥质粉砂岩，强风化状态，揭露厚度＞3m；黄灰～灰白色、杂色砂卵砾石层，黄、黄褐色，稍密～中密，卵砾石含量20%～50%，砾径2～60mm居多，砂为中、粗砂，厚1.6～8m，连续分布于整个堤段；粉质粘土，黄、黄褐色，稍密～中密，呈透镜状分布，厚0～4.4m；粉细砂，黄褐色，湿～饱和，稍密～中密，呈透镜状不连续分布，厚0～3m；人工填土，黄红色粉质粘土夹块石、砾石，可塑状，结构松散，厚0.8～6.5m，为大堤填筑土。

堤垸堤基堆积物具二元结构，多数堤基存在渗漏问题，局部堤基可能出现沉陷变形和浅层抗滑稳定问题，堤岸当冲问题应引起高度重视。

四、险工原因分析

（一）堤段基础地质条件复杂，砂卵石层厚度大且不均匀，外河水位较长时间处于历史最低水位，促使堤基地下水位大幅下降。

孔隙水的流失可能为土粒间提供了压缩空间，粘性土层也随之释水压密，砂粒受水动力影响，将重新排序，原有孔隙被压密，可能产生沉降、裂缝。

由地质情况可以看出，该堤防透水层砂卵石层厚度大且分布很不均匀，层厚由0.06～8.6m不等，砂卵石层顶部高程较高，较高段达到32.1m高程。2009年9月初以来浏阳河水位急速下降，9月6日该堤段外河水位即降至26.0m以下，9月30日降至25.0m左右，外河水位较长时间维持历史同期最低水位。外河水位下降后，砂层中地下水压力由于地下水未能及时补给或补给不足而减小，表现为含水层水位下降，砂粒之间有效应力也随之下降，砂层产生压缩变形。与此同时，含水砂层与顶部、底部粘性土隔水层之间的孔隙水压力平衡也被打破，两者之间产生一定的水头差，粘性土中的孔隙水在压力差的作用下，向含水砂层缓慢渗流，降低静水压力，以便建立新的平衡。随着静水压力的降低，土粒之间有效压力相应增大，而孔隙水的流失又为土粒间提供了压缩空间，因此，粘性土层也随之释水压密，这就是外河水位下降引起堤防不均匀沉降的原因。

（二）外河水位降低，地下渗漏可能带出部分细砂，形成不均匀沉降。堤垸地下水与河流呈季节性互补关系，2009年浏阳河水位不断下降，在砂卵石层形成渗漏，可能带出部分细砂。从1998年该堤段曾多处发生过大面积涌沙冒水情况看，水位降低、渗流过程可能带出少量细砂，形成不均匀沉降，也是裂缝产生的一个可能因素。

（三）堤防本身不均匀沉降。现状堤防是历史上逐步加高形成，特别是1998年该段出险后，主要采用了以外培堤防为主的方案对该段堤防进行了加高培厚。堤身为粘性土，其固结时间长，固结速度慢，与老堤土质固结速度不同，造成新老部位结合不良，也是产生不均匀沉降的一个因素。

（四）压重影响。堤顶及防汛道路常有车辆通过，特别是该处现有多个砂场，常有载重车辆从防汛道路通过，导致堤坡荷载增加，容易引起堤防不均匀沉降，诱发裂缝的产生。

综合以上几个因素分析，裂缝的产生应是堤防本身沉降、堤防基础、内外水位、外加荷载等多方面引起的，2010年外河水位长期处于历史低水位，堤基孔隙水的流失是堤防开裂的主要原因，地下渗漏、外载压重及堤防本身的不均匀沉降是裂缝产生的次要原因。

五、险工处理方案

合丰垸浏阳河大堤川河横堤（K7+444）至竹沙桥段（K9+811）堤防裂缝产生后，大堤的整体性已遭到破坏，必须结合合丰垸浏阳河大堤防洪整治工程的施工，对该出险堤段进行彻底的处理，才能确保合丰垸浏阳河大堤的总体安全和武广片区的人民生命财产安全。

由于出现裂缝段大堤整体性已破坏，上部裂缝部位应全部挖除重填，大堤重填必须按照合丰垸浏阳河大堤综合整治工程设计及施工要求进行，以确保大堤的整体性。根据裂缝产生的主要、次要原因，对堤防基础及堤防本身再进行必要的处理，以防止裂缝的再次产生，达到根除裂缝产生的目的。

（一）压重处理

为减小堤防本身压重对基础产生的不均匀应力，该段堤防根据河段水流形态和地质情况，将堤内外坡均由原设计的1：2.5调整到 1：3。

（二）堤基防渗

为防止枯水期外河水位低，砂卵石失水产生压缩，同时也避免由于渗漏带出细砂、造成裂缝的产生，本段堤防除清除大堤上部遭裂缝破坏使之失去整体性的堤防外，重点解决堤基砂卵石层的防渗问题，且主要是解决迎水面砂卵石层的问题。

堤基防渗一般有高压喷射灌浆防渗方案和换基加防渗墙方案。根据历年来湖南省运用高压喷射灌浆防渗的实际来看，此方法虽然有一定效果，但对堤基砂卵石层较厚或已经多次产生管涌堤基的堤段效果并不明显，很难达到根治防渗和该堤段裂缝的目的。而且该堤段位置是在浏阳河的弯曲段，大部分堤段为当冲堤防，历史上曾多次出过险，所以，在能有更好方案的情况下，尽量不采用此方案。

换基加粘土防渗斜墙方案的特点是可以堵塞源头，堵死渗源，从而消除或减少水压力对堤的作用，达到保护大堤稳定的目的。由于该方案需要开挖至基岩，而河内又具备一定的水位，粘土回填时要求在基础无水情况下进行，因此施工围堰与排水任务都相当重；但根据现有浏阳河水位来看，2010年的河水位长期处于历史低水位25m；因此，在基岩出露较高堤段，可以考虑采用此方案，达到防渗除险、堤防达标的目的。在基岩出露较低堤段，由于换基较困难且开挖工程量较大，采用换基加粘土防渗墙+高压喷射灌浆构筑防渗斜墙相结合的方案。

（三）充填灌浆

该段堤防曾出现过涌沙冒水情况，堤身及基础由于渗漏可能带出少量细砂，为提高本段堤防稳定性，消除堤身隐患，本段堤防采用充填灌浆增加堤身及基础的密实性，堤身部分采用粘土泥浆充填灌浆，基础砂卵石层采用425＃普通硅酸盐水泥所制纯水泥浆充填灌浆。

六、结语

合丰垸堤防除险工程从堤防基础条件、外河水位、堤防本身修筑条件、堤防周围外部环境等多方面因素分析了堤防产生裂缝的原因，并针对不同的影响因素采用了压重处理、堤基防渗、充填灌浆等几种处理措施，从根本上解决了堤防可能由于以上因素再次出现裂缝的可能，以上经验可为类似工程借鉴。

2010-06-17

王建军(1976-)，男，工程师，从事水利工程设计工作。