淮北大堤臨北段多處堤頂縱向裂縫成因淺探

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 堤防概況

淮北大堤臨北段堤頂裂縫段堤防屬于淮北大堤的一部分，位于安徽省蚌埠市五河縣境內，范圍為渦下段樁號37+000～41+500，長4.5km。該段堤防為退堤，工程級別為1 級，1956年建成，建成至今歷經多處加固，現狀標準斷面為堤頂寬度10m，超高2.0m；迎水側邊坡1 ∶3；背水側坡頂以下3m 處設置2m 寬平臺，平臺以上邊坡1 ∶3，平臺以下邊坡1 ∶5，背水側無壓滲平臺堤段加設20m 寬壓滲平臺，壓滲平臺頂高程高于附近地面0.5m 左右，平臺以下邊坡1 ∶5。

2 堤頂裂縫情況

2.1 裂縫基本情況

該段堤防堤頂為混凝土路面或瀝青路面，之前未發現明顯裂縫。2019年9月管理人員巡查時發現，樁號38+733～38+788 段、樁號38+900～39+300段、樁號39+895～40+125 段，堤頂防汛道路出現連續的縱向裂縫，裂縫發展較快，長度較長、寬度較大，且裂縫兩側路面出現明顯高差錯臺，表現為迎水側低、背水側高。統計2019年10月底裂縫的寬度和錯臺高差，最大寬度為5.1cm，錯臺最大高差為6.1cm。

2.2 裂縫監測及探測

在各段裂縫共設置15 個監測點，對裂縫的寬度及錯臺高度進行監測，共監測5 次，在監測期內，裂縫寬度及錯臺高度變化較小，最后兩次觀測時，裂縫寬度和錯臺整體有變小的趨勢。

雷達天線探測表明，在道路開裂區段，混凝土面層與水穩層連接面多處存在空隙，裂縫下延深度最深約1m 左右。

在樁號堤頂路面裂縫處開挖3 處探坑，探坑深度為2m 左右，裂縫位置處路面以下路基及堤身未發現明顯裂縫及軟弱面。

3 勘探試驗、計算及成因分析

為了分析堤頂縱向裂縫的成因，對堤身進行了鉆探、室內試驗、高密度電法及地質雷達探測等，并進行相應的計算分析。

3.1 土層分布和性質

堤身和堤基土層可分為三層：

第0 層：填土，黃褐色～灰褐色，以粉質粘土～粘土為主，夾粉質壤土，硬塑～硬，層厚4.70～5.00m。

第①層：粉質粘土～重粉質壤土，黃褐色，硬塑～可塑，含鐵錳結核，大部分未揭穿，揭穿層厚4.80m。

第②層：輕粉質壤土，灰黃色，可塑，未揭穿。

其中，裂縫堤段堤身土的液限平均值為56%，粘粒含量平均值為43.1%，自由膨脹率平均值為47%，分布有弱膨脹土。

3.2 迎水側、背水側土性差異分析

該段堤防裂縫主要特征為縱向裂縫及錯臺，根據工程實體質量、裂縫形態及現場未發現明顯的土體滑動、隆起等跡象，初步分析排除路面結構層、路基和堤身結構失穩等原因，根據勘察結果進一步復核計算也表明不存在上述失穩情況。分析堤頂路面裂縫成因，很可能由于迎水側、背水側土性存在差異造成。為探明迎水側、背水側土性差異，分別進行鉆探、坑探、高密度電法和地質雷達探測等方法進行分析，得到以下結果：

（1）迎水側、背水側土層分布及土質基本一致，根據高密度電法和地質雷達探測結果，堤身填土均勻性較好，未發現明顯異常區域。

（2）裂縫堤段同一樁號相同深度迎水側堤肩Ps曲線值比背水側稍大，迎水側堤身的電阻率明顯比背水側高（如圖1），說明同一深度堤身土背水側含水率比迎水側大。

圖1 38+770～38+829 迎水側、背水側電阻率對比圖

（3）堤防裂縫堤段迎水側路肩土探坑取樣實測含水率明顯比背水側低，迎水側堤身土鉆探取樣實測含水率明顯比背水側低，實測結果對比圖如圖2。

3.3 含水率差異引起的收縮變形計算分析

堤頂裂縫段堤防堤身存在膨脹土，具有遇水膨脹、失水收縮的特性。堤防的堤身土一般有草皮護坡或護砌，離水面較近，經常擋水，一般飽和度較高，土的含水率不會劇烈變化。本段堤防當地本年度8月28日至11月28日，三個月累計降雨量僅為40mm，造成長時間持續的嚴重旱情，會造成堤身淺部土層含水率大幅降低，實測裂縫堤段迎水側、背水側堤身土含水率存在明顯差異，會造成土的不均勻收縮。

計算迎水側和背水側收縮變形差值，計算公式為：

式中：

Δs—迎水側和背水側收縮變形差值（mm）；

ψs—計算收縮變形量的經驗系數，參考規范取0.8；

λsi—大氣影響深度以上第i 層土的收縮系數；

Δwi—大氣影響深度以上第i 層土迎水側、背水側含水率差值平均值；

hi—第i 層土計算厚度（mm）；

n—大氣影響深度內分層數。

計算參數見表1。

表1 迎水側、背水側收縮變形差值計算參數表

計算得，迎水側和背水側收縮變形差值樁號38+750 為61.0mm，樁號38+950 為61.0mm，樁號39+990 為36.6mm，38+600 為7.7mm。

裂縫堤段實測錯臺高差樁號38+750 處為51.1mm，樁號38+950 為61.0mm，樁號39+990 為23.0mm，樁號38+600 處未產生裂縫，計算結果與實際情況基本吻合。

圖2 迎水側、背水側取樣實測含水率對比圖

3.4 成因分析

淮北大堤臨北段多處堤頂裂縫，主要表現為縱向裂縫及錯臺，根據現場情況和計算分析，排除了路面結構層、路基和堤身結構失穩等原因，試驗表明裂縫段堤防堤身存在膨脹土，在本年度長時間持續嚴重干旱的誘因下，迎水側、背水側堤身土含水率存在明顯差異，造成迎水側和背水側土體的收縮變形差值過大，導致路面面層產生縱向裂縫及錯臺。

最后兩次觀測時，經歷多次降雨，干旱情況已有所緩解，裂縫寬度和錯臺整體變小的趨勢亦證明了上述成因。

4 結語

（1）淮北大堤臨北段裂縫主要表現為堤頂路面大范圍縱向裂縫及錯臺，未發現路基及堤身存在裂縫及軟弱面。

（2）堤身存在膨脹土，在持續嚴重干旱的誘因下，迎、背水側堤身土含水率差異較大，造成迎、背水側土體的收縮變形差值過大，導致裂縫。

（3）可采用快速修補技術等措施進行應急處理或拆除重新修筑，并在嚴重干旱天氣時，做好堤身保水和草皮護坡養護等工作。

（4）對于堤身土黏粒含量較多、液限較高的堤防，在嚴重干旱等極端天氣，均可能存在收縮變形帶來的工程問題，如堤身設有截滲墻等工程措施，需重點考慮交界面的變形協調問題■