新沭河北堤沙河镇段堤顶裂缝勘测与调查分析

江苏省工程勘测研究院有限责任公司 江苏 扬州 225002

正文：

1、工程概况和裂缝初步勘测

根据历史资料，新沭河堤防建于50年代末期，筑堤时采用就地取材人工堆筑法，沿河堤两侧原地表的一部砂性土也堆筑堤上； 2018年9月6日上午巡堤发现沙河镇南庄段堤防存在异常，经进一步勘探共发现裂缝沿大堤走向分布有长、短不一的12条纵向裂缝及1条近于垂直向大堤分布在迎水坡的横向裂缝，裂缝宽度1.0cm～10cm。

2、主要岩、土层

勘探深度范围内揭示的土层土质依其成因、性状及物理力学指标自上而下可分为以下诸层：

Ⓐ 层（Q4ml）：灰黄、棕黄色粘土、粉质粘土，杂少量壤土及碎石子，软硬不均，为人工填土。

Ⓑ 层（Q4ml）：灰黄色中、轻粉质壤土，夹杂粉质粘土及少量碎石子，软硬不均，为人工填土。

①1层（Q4al+pl）：褐黄色轻粉质壤土，局部粉砂夹薄层粉质粘土，稍密～中密状态。层厚0.6～1.4m，中压缩性，弱透水性，力学强度一般。

②3层（Q4al+pl）：灰、灰黑色淤泥质粘土，局部夹薄层砂壤土。中压缩性，极微透水性，力学强度高。

③层（Q3al）：棕黄色粉质粘土、粘土，含砂礓，可塑～硬塑状态，中压缩性，极微透水性，力学强度高。

3、裂缝详细勘测

选取有代表性的裂缝累计开挖6个探槽进行探槽勘察，其余采取表面测量。探槽及裂缝测量结果表明：裂缝宽度1～10cm、裂缝深度29～64cm、裂缝长度2.15m～52.8m，裂缝深度均位于Ⓐ 层堆土中，裂缝大多倾向迎水坡，竖向夹角较缓，局部较大。

4、裂缝产生的原因浅析和裂缝发展趋势预测

根据调查和勘测成果进行裂隙原因分析如下：

4.1 地形、地势

根据现场踏勘，改段堤防位于新沭河弯道凸出部位，石梁河水库开闸泄洪时，下泄的洪水由于该段弯道凸出阻挡易使下泄洪速度变慢水位抬高，有利于洪水向堤身部位渗透。

4.2 施工

根据本次坝体质量检测结果结合历史资料，新沭河堤防建于50年代末期，筑堤时采用就地取材人工堆筑法，沿河堤两侧原地表的一部砂性土也堆筑堤上；施工时正值冬天，很多冻土垡块都上了堤，施工过程中又未进行充分碾压，致使堤身内部较普遍的存在“架空”现象。这些都造成了堤身的强度软硬不均、抗渗流、抗冲刷性能较差。

4.3 堤身土性质

本次堤身土体质量检测结果表明，该段堤防坝体填筑土料Ⓐ 层不能满足规范要求；Ⓑ 层塑性指数基本满足规范要求，粘粒含量基本满足规范要求，但渗透系数不能满足规范要求；现场注水试验测表明：堤身土具弱～中等透水性；取堤身不饱和堆土分别进行了原状土及抽气饱和后（模拟堤身土受洪水渗入饱和）各物理力学指标进行对比，结果表明：抽气饱和后堆土抗剪强度较不饱和状态时降低约0.65倍。

4.4 水位变化

2018年8月19日～8月30日，石梁河水库开闸泄洪，新沭河泄洪最大流量达到4080m3/s，最大泄洪水位9.21m。2018年9月1日，石梁河水库关闭泄洪闸；2018年8月19日～8月30日高水位运行12天，洪水维持在高水位较长时间后，由于水的渗入补给，会导致中下部原本不饱和的Ⓑ 层堤身土易饱和；2018年9月1日～2018年9月6日，在6天之内迅速回落近3m多的泄洪过程，致使饱和Ⓑ 层潜水向新沭河内下渗排泄，由于潜水下渗排泄致使Ⓑ 层饱和少粘土，孔隙水应力消散，有效应力增加致使原本不饱和的堤身土易发生吸水湿陷现象及抗剪强度降低，此外，迎水坡侧堤身长时间临水后，其湿重较背水坡侧大，因而沉降量也偏大，致使沉降不均匀，产生裂缝。

4.5 Ⓐ 层、Ⓑ 层厚度

堤身堆土由Ⓐ 层、Ⓑ 层土堆筑而成，在水平、竖向方向分布不均匀，厚度变化大，在新沭河高水位行洪时，对Ⓑ 层侧向入渗补给，由于Ⓑ 层具中等透水性，致使原不饱和的Ⓑ 层易饱和，当新沭河不行洪时，水位迅速回落，致使饱和Ⓑ 层潜水向新沭河内下渗排泄，致使Ⓑ 层饱和少粘土，孔隙水应力消散，有效应力增加致使原本不饱和的堤身土易发生吸水湿陷现象及抗剪强度降低，由于Ⓐ层、Ⓑ 层在水平、竖向方向分布不均匀，厚度变化大，从而造成不均匀沉降，形成裂缝。

4.6 Ⓐ 层土特性及气候

堤身堆土上部主要为Ⓐ 层不饱和的灰黄、棕黄色粘土、粉质粘土，杂少量壤土及碎石子，软硬不均，层厚0.5～6.1m，层厚变化较大；探槽及裂缝测量结果表明：裂缝宽度2～10cm、裂缝深度29～64cm、裂缝长度2.15m～52.8m，裂缝深度均位于Ⓐ 层堆土中，裂缝大多倾向迎水坡，竖向夹角较缓，局部较大。室内试验结果表明：Ⓐ 层局部自由膨胀率δef平均为82%，属中偏高膨胀土；据近年来气象资料，本区年平均气温14.5℃，最高气温在8月份，高达38.5℃，年降水量为536.6mm～1328.9mm，降水量主要集中于7、8、9三个月，其中7、8、9月份的降雨量占全年降雨量的2／3；该段堤防8月份迎水坡段植物茂盛，有利于雨水的入渗补给。由于降水及气温对局部Ⓐ 层中偏高膨胀土影响较大，堤身表层土路有大型车辆通行，由于膨胀土的特性，在上部动荷载等外力作用下产生的变形机制不同，而外力作用的不确定性以及自身物质组成的差异性等因素共同决定了其所产生的裂缝的倾斜方向、宽窄、深度等不尽相同。

5、结论与建议

综上所述，裂缝的产生由地形地貌、气候、堤身土筑填历史、堤身土物理力学性质的不均匀、竖向及水平向厚度的变化、堤身不饱和土的性能及渗透性能、Ⓐ 层堆土局部的膨胀性、动荷载、高洪水水位运行及迅速回落潜水的渗入补给及下渗的排泄作用下使原本不饱和的堤身土易发生吸水湿陷现象、抗剪强度降低及不均匀沉降等综合作用下形成的。

建议采取相关交通管制措施控制堤顶动荷载，同时做好堤顶防水工作，避免雨水通过裂缝灌入堤身，可采用堤身充填灌浆进行处理，灌浆材料建议选取水泥粘土浆液，灌浆土料选择应遵循“粘粒不能太少，充填防渗性能好；粘土要水化性好，易制成粘浆，粘浆流动性好，具有一定的稳定性，浆液体积收缩要小”的原则。