羅彬

摘 要：堤防工程在防汛、防潮、抗洪調(diào)度、確保一方平安上做出了巨大貢獻(xiàn)，但由于種種原因，堤防工程土堤也容易出現(xiàn)裂縫，這嚴(yán)重威脅到堤防工程的安全運(yùn)行，因此，必須對堤防工程土堤出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行有效處理。本文結(jié)合具體的堤防工程，分析了堤防工程土堤裂縫產(chǎn)生的原因，闡述了裂縫的處理措施，有效保證了土堤的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：土堤；裂縫；原因；處理措施；灌漿

堤防工程是我國水利工程的重要組成部分，在防汛、防潮、抗洪調(diào)度、確保一方平安上做出了巨大貢獻(xiàn)。因此，確保堤防工程的安全可靠運(yùn)行就顯得尤為重要。但堤防工程土堤也比較容易出現(xiàn)各種裂縫，對土堤的整體性、耐久性和防滲能力具有嚴(yán)重的危害。為了確保土堤的安全和長期可靠運(yùn)行，必須對裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，進(jìn)而采取處理措施。

1 工程概況

某堤防工程是以擋潮為主，兼顧防洪、交通等綜合效益的水利工程。堤防為均質(zhì)土堤，最大堤高為7.2m，堤頂寬為5.6m，在檢查中發(fā)現(xiàn)在軟基段堤頂分別出現(xiàn)2條橫裂縫，橫穿土堤。其中1條為閘左引堤接閘處接觸面，裂縫長度約為17m，縫寬約為3cm，裂縫形態(tài)為斷續(xù)的寬縫與細(xì)縫相接，組成1條整體上連續(xù)的橫縫；另1條為裂閘右引堤接閘處接觸面，縫長也約17m，縫寬約為4cm，裂縫形態(tài)與上條裂縫基本相同。

2 軟基段地質(zhì)條件及軟土的物理力學(xué)特性

右岸軟基段主土堤基礎(chǔ)夾砂質(zhì)淤泥、淤泥、細(xì)礫、礫質(zhì)砂、中～粗砂等，砂層層厚3.22～8.6 m，淤泥層層厚0.76～10.5 m，承載力標(biāo)準(zhǔn)值：淤泥為45kpa，砂質(zhì)淤泥為60kpa，中粗砂為100kpa。砂質(zhì)淤泥、淤泥其特征是質(zhì)軟，呈淺灰、深灰～灰黑色，局部夾腐殖層，土樣易變形，干時(shí)收縮見細(xì)裂紋，屬流塑～軟塑狀，高壓縮性。對砂質(zhì)淤泥、淤泥的室內(nèi)土工試驗(yàn)表明：

1）粘、粉粒含量高；天然含水量大，呈軟～流塑狀態(tài)；孔隙比大，干容重小。

2）滲透性極微。

3）高塑性，高壓縮；固結(jié)系數(shù)小，靈敏度高。

4）低強(qiáng)度。

3 裂縫原因分析

裂縫出現(xiàn)以后對裂縫的性狀及成因做了檢測及理論分析。檢測主要有2個(gè)內(nèi)容：一是對軟基性狀進(jìn)行鉆探取樣檢測試驗(yàn)；二是利用電測深法對裂縫走向及深度等作定性分析。理論分析主要是利用鉆探取樣試驗(yàn)結(jié)果對堤基的最終沉降以及堤基沉降隨時(shí)間的發(fā)展過程進(jìn)行理論計(jì)算分析；另外，還對堤體施工運(yùn)行期的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

3.1 鉆探取樣檢測

鉆探取樣檢測試驗(yàn)主要由鉆探、原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)3個(gè)部分組成。原位測試以靜力觸探和十字板剪切為主，輔以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

鉆探取樣檢測認(rèn)為：雖然堤防外坡和外坡砼基礎(chǔ)都采用松林樁處理，對護(hù)坡和擋土墻來說起到一定的效果，但堤身地基沒有進(jìn)行處理，堤身基礎(chǔ)軟土仍處于流塑狀態(tài)。從地基土層結(jié)構(gòu)、軟土層的空間展布和軟土物理力學(xué)性質(zhì)等因素反映出如堤身填筑速率控制不妥，而閘墩基礎(chǔ)進(jìn)行了沉管灌注樁處理后承載力較高，接閘處形成軟硬地基土體變形差會引起不均勻沉陷，不均勻沉陷超過土體抗拉強(qiáng)度，堤身裂縫產(chǎn)生也就在所難免。經(jīng)過一段時(shí)間后雖然軟土性狀有所改善，如含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)在逐期降低，壓縮模量和抗剪強(qiáng)度在提高，但是軟土仍處于流塑狀態(tài)，完全固結(jié)還需要較長時(shí)間，且地基仍會產(chǎn)生不均勻沉陷。

3.2 電測深法檢測

檢測方法主要采用的是三極電測深剖面法，測深點(diǎn)距一般為10m，在裂縫附近地段加密為5m。主要結(jié)論如下：

1）軟土地段視電阻率約為50～1000，填土后視電阻率提高到200～3000，說明軟土含水量減少。

2）裂縫深度基本到堤基底，即到達(dá)高程-0.6m左右，并發(fā)展至基礎(chǔ)以下部位。

3）裂縫位置與堤基軟硬土體較為懸殊的部位相吻合，說明軟硬土體的不均勻沉降是導(dǎo)致堤身開裂的主要原因。

3.3 堤防基礎(chǔ)沉降計(jì)算

堤基沉降可分為三個(gè)階段， 初始沉降段、快速沉降段和緩慢沉降段。初始沉降段， 即施工周期內(nèi)的沉降段， 本段沉降量增加很快， 幾乎呈線性增加； 快速沉降段相當(dāng)于土體主固結(jié)階段， 本段沉降量增加比初始沉降段慢， 隨著時(shí)間的增長， 沉降量的增加速率在逐漸的減少，沉降量與時(shí)間的關(guān)系為非線性關(guān)系； 緩慢沉降段是一個(gè)漫長的過程， 其沉降速率很小， 沉降量也很小， 但所花時(shí)間卻較長， 占總沉降時(shí)間的50% 以上， 其作用相當(dāng)于次固結(jié)效應(yīng)。堤基沉降計(jì)算采用分層總和法，黏性土堤體竣工時(shí)的沉降量和最終沉降量計(jì)算公式：

式中：St 為竣工時(shí)或堤身總沉降量；eio為第i 層的起始孔隙

比；eit 為第i 層相應(yīng)于竣工時(shí)或最終的豎向有效應(yīng)力作用下的孔

隙比；hi 為第i 層土層厚度；n 為土層分層數(shù)。

施工期間的堤身土豎向有效應(yīng)力=主應(yīng)力-孔隙水壓力，竣

工后的堤頂沉降量應(yīng)為最終沉降量減去竣工時(shí)沉降量的差值。

非黏性土堤基的最終沉降量計(jì)算公式為：

式中：S∞為堤基的最終沉降量；pi為第i 計(jì)算土層由堤身荷載產(chǎn)生的豎向應(yīng)力；Ei為第i 層計(jì)算土層的變形模量。

3.4 堤身穩(wěn)定分析

通過計(jì)算結(jié)果表明，施工期內(nèi)堤身加高至設(shè)計(jì)高程6.54m（堤頂），施工期下游邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1，屬于偏危險(xiǎn)狀態(tài)，未能滿足規(guī)范Kc≥1.1的要求。因此有必要采取一些工程措施，以加速地基固結(jié)、維護(hù)下游邊坡穩(wěn)定。

綜合檢測結(jié)果及計(jì)算結(jié)果，可認(rèn)為軟土地基與接閘處理過地基的不均勻沉降差過大是堤防產(chǎn)生裂縫的主要原因，而不是由于地基失穩(wěn)所致。

4 裂縫的處理

在土堤分別以2條主裂縫內(nèi)側(cè)范圍為主，沿裂縫方向長度為31m，其中裂縫兩端外側(cè)各3m。另外，分別沿2條裂縫方向距裂縫1.5 m在土堤則布置充填式灌漿孔，排距為1.5m，共兩排，梅花形布孔，進(jìn)行灌漿封堵。其余部分進(jìn)行劈裂式灌漿，兩處裂縫灌漿分別從裂縫處起沿堤軸線各20 m長，灌漿孔沿堤軸線布置，以堤軸線為中心線兩邊布置，孔距為3.0m，排距為2.0m，共兩排。充填式、劈裂式灌漿孔深要超過裂縫深度2m。endprint

4.1 灌漿材料

選用灌漿材料以粘性土為主，摻加15%等級為42.5的硅酸鹽水泥，使?jié){體易于固結(jié)和有較好的防滲效果。粘性土選用粉砂質(zhì)紅粘土。土料粒度構(gòu)成及漿液控制指標(biāo)如下：1.灌漿土料要求。 （1）充填式灌漿：塑性指數(shù)10%～25%，粘粒含量25%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量<10%，有機(jī)質(zhì)含量<2%，可溶鹽含量<8%；（2）劈裂式灌漿：塑性指數(shù)8%～15%，粘粒含量20%～30%，粉粒含量30%～50%，砂粒含量10%～30%，有機(jī)質(zhì)含量<2%，可溶鹽含量<8%。 2.漿液的物理力學(xué)指標(biāo)。 （1）充填式灌漿：容重1.3～1.6g/cm3，粘度30～100s，穩(wěn)定性<0.1g/cm3，膠體率>80%，失水量10～30cm3/30min；（2）劈裂式灌漿：容重1.3～1.6g/cm3，粘度20～70s，穩(wěn)定性0.1～0.15g/cm3，膠體率>70%，失水量10～30cm3/30min。灌漿導(dǎo)管選φ38mm的鍍鋅管，清孔導(dǎo)管選用φ20mm的鍍鋅管，4孔/cm2的篩網(wǎng)。

4.2 灌漿施工

在同一單元灌漿孔中，灌漿孔灌漿分兩序進(jìn)行，先裂縫兩端充填式灌漿，后劈裂式灌漿，以達(dá)到充填封堵、劈裂加固的灌漿目的。先造單序孔，待單序孔5次灌漿完畢，再造第二序孔進(jìn)行灌漿。每孔灌漿次數(shù)為5次，每次復(fù)灌漿時(shí)間間隔不少于5d，灌漿過程中水平位移應(yīng)少于30mm，漿液的容重控制在1.3～1.6g/cm3。單孔第一、二次灌漿控制在1.3～1.35g/cm3，以后再逐漸加大漿的濃度至設(shè)計(jì)要求。

灌漿壓力和灌漿量的控制：灌漿是通過灌漿機(jī)加壓后輸出至導(dǎo)管。WJG80型的灌漿機(jī)可以通過輸出功率來控制出量，YEL-3型有回漿管來控制出漿量。充填式灌漿孔口最大壓力為0.1MPa，劈裂式灌漿孔口最大壓力為0.15MPa。土堤灌漿是采用全孔孔底灌注法，這樣可由孔底反向全孔，使孔內(nèi)泥處于半循環(huán)狀態(tài)有利提高灌漿質(zhì)量。灌漿開始，先用稀漿灌3～5min，然后加大泥漿的稠度至設(shè)計(jì)要求。若孔口出現(xiàn)壓力下降和注漿管出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，應(yīng)再加大漿液的稠度。當(dāng)表壓力讀數(shù)大于設(shè)計(jì)的最大壓力值時(shí)，立即調(diào)節(jié)出漿量或停灌；達(dá)到設(shè)計(jì)最大壓力值時(shí)，保持穩(wěn)定1～2h后，當(dāng)壓力回升時(shí)，做好換孔的準(zhǔn)備。在換孔前再用稀漿注3～5min，以便下次灌注易于清孔和漿液流通。

4.3 灌漿效果

在灌漿結(jié)束1周后，對土堤裂縫灌漿效果進(jìn)行檢測。采用探地雷達(dá)、電測深剖面法進(jìn)行現(xiàn)場檢測，并挖坑檢測。經(jīng)處理后的雷達(dá)剖面圖與灌漿前的對比，電磁波波線有較好的波紋；灌漿后效果良好，裂縫被泥漿充分充填；挖坑檢測也表明灌漿效果良好，原有的大小裂縫都被泥漿充填充實(shí)，但充填的泥漿含水量大，未充分固結(jié)。

5 結(jié)語

堤防工程土堤的安全關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，確保其安全可靠運(yùn)行意義重大。在本工程中，通過對軟基段裂縫的灌漿處理，解決了土堤的防滲和安全問題，效果良好，由此可見，上述裂縫處理措施是行之有效的，相信其經(jīng)驗(yàn)可為今后類似工程土堤裂縫處理提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]趙麗萍；耿慶珍；張宏.淺談土石壩裂縫的成因及常用處理措施[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2005年11期

[2]劉正革.關(guān)于大壩混凝土裂縫原因分析及預(yù)防措施的探討[J].城市建設(shè)理論研究，2011年第20期endprint