張樹鵬

（遼寧省沈陽市遼中區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心,遼寧 沈陽 110200）

0 引言

裂縫成因復(fù)雜，危害較大，通常會引起堤防的滲透變形，嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)，折損工程的使用壽命和社會效益。加固區(qū)裂縫處理前應(yīng)對裂縫實(shí)行動態(tài)監(jiān)測，觀測裂縫的位置、走向、幾何數(shù)字特征和空間發(fā)育發(fā)展?fàn)顩r等[1]，結(jié)合勘探結(jié)果深入分析裂縫成因機(jī)理，有針對性地提出相應(yīng)的解決措施。本文以遼中縣渾河堤防裂縫治理工程為例對堤防裂縫加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討。

1 工程概況

1.1 渾河水情

遼中縣渾河起源于撫順市清源縣境內(nèi)的長白山支脈滾馬嶺。境內(nèi)河長75.6 km，控制面積287.33 km2，其中耕地面積為26.32 萬畝。渾河河道彎曲，平均比降為1/4000，黃臘坨以上較陡。河道橫向變形劇烈，彎道塌岸速度年平均約20 m，河彎消長較快。岸灘上層為黏土、壤土。右岸在境內(nèi)堤長為69.58 km，和遼陽縣境內(nèi)的左岸堤距為700 m～2300 m。平灘流量為600 m3/s～800 m3/s，河槽寬150 m～250 m。黃臘坨以上河幅較寬，最大安全泄量為4174 m3/s，枯水流量為 0.66m3/s，多年平均流量為44.5 m3/s。

1.2 堤防及裂縫現(xiàn)狀

渾河遼中境內(nèi)流長為75.61 km，右岸堤長69.94 km，堤防于1996 年汛前開始整治，1999 年竣工。入境處設(shè)計(jì)水位高程25.72 m（位于40 號大斷面內(nèi)），出境處設(shè)計(jì)水位12.09 m，設(shè)計(jì)水位比降1/4000～1/9000。堤頂安全超高1.5 m～1.7 m。堤防斷面：堤頂寬6.0 m，迎水坡坡比為1∶2.5，背水坡坡比為1∶3.0。

2010 年先后有2 次洪峰到來，洪峰流量1690 m3/s，歷時時間長，降雨量大且集中。汛期遼中總降雨量為499.8 mm，是常年的1.6 倍，致使筑堤土料物理性質(zhì)發(fā)生不同程度變化，造成堤防局部段出現(xiàn)不同程度的裂縫、沉陷、滑坡等險(xiǎn)情。

2012 年遼中洪峰流量最大為520 m3/s，由于新老堤防結(jié)合不利等因素造成堤防出現(xiàn)不同程度的裂縫、沉陷和滑坡等險(xiǎn)情。裂縫寬在1 cm～20 cm，沉滑高差在3 cm～20 cm。裂縫深度最大達(dá)2.15 m左右。共計(jì)產(chǎn)生裂縫22 處，總長度8210 m。裂縫統(tǒng)計(jì)見表1。（按照破壞程度，將5 cm以下裂縫劃分為一般裂縫，5 cm以上裂縫為嚴(yán)重裂縫）

表1 渾河大堤裂縫統(tǒng)計(jì)匯總表

2 裂縫檢測及成因分析

渾河堤防產(chǎn)生裂縫后，在汛期遭遇雨水沖刷后，加劇了裂縫寬度和深度發(fā)展，嚴(yán)重威脅到渾河防洪堤的安全。通過典型斷面挖探坑檢測，裂縫深度為0.65 m～2.15 m，最大裂縫寬度為20 cm，裂縫走向均為縱向。

2.1 堤防裂縫檢測

在遼中縣渾河堤防上共選取6 個斷面，在選定位置處挖取探坑探測裂縫深度、裂縫寬度和走向。檢測結(jié)果見表2； 典型斷面處裂縫形狀見圖1。

表2 堤防裂縫檢測表

圖1 渾河堤防橫斷面裂縫示意圖及現(xiàn)狀外觀（樁號90+435）（尺寸單位：m）

2.2 堤防土方壓實(shí)質(zhì)量檢測

在代表性位置探坑內(nèi)按不同高程取樣進(jìn)行密度和含水率檢測，并分別在堤防的迎水坡、背水坡的上、中、下3 個部位取樣，進(jìn)行密度和含水率檢測，檢測位置見圖2。

圖2 遼中縣渾河堤防橫斷面土樣檢測位置

土方填筑壓實(shí)質(zhì)量檢測過程中，共抽樣檢測45 組，合格39 組，合格率達(dá)86.7 %。實(shí)測土方填筑最大干密度ρdmax=1.69 g/cm3，最小干密度ρdmin=1.38 g/cm3，均值干密度ρd=1.53 g/cm3。粘土共抽樣檢測9 組，8 組合格，合格率達(dá)88.9 %。土方最大干密度ρdmax=1.47 g/cm3，最小干密度ρdmin=1.39 g/cm3，均值干密度ρd=1.45 g/cm3。

2.3 新老堤接合面抗滑穩(wěn)定分析

根據(jù)工程實(shí)際情況，對堤防按以下兩種工況采用理正計(jì)算軟件完成抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算：

工況1：當(dāng)迎水坡達(dá)設(shè)計(jì)水位時，計(jì)算穩(wěn)定滲流背水坡的邊坡穩(wěn)定。

工況2：洪水消落時，臨水坡面邊坡穩(wěn)定計(jì)算。

根據(jù)式（1）穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力法和式（2）水位降落期總應(yīng)力法完成計(jì)算。

式中：l為單個土條的滑動面長度l=bsecβ（m）；b為條塊寬度，m；W為條塊重力，kN，W=W1+W2+W3+γwZb；Z為條塊上方水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離，m；u為穩(wěn)定滲流期堤身或堤基中的孔隙水壓力，kPa；ui為水位降落前堤身中的孔隙水壓力，kPa；β為條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)半徑之間的夾角，°；γw為水的重度，kN/m3。

采取82+025 典型斷面計(jì)算，設(shè)計(jì)水位取12.55 m，則迎水坡水深為4.9 m。結(jié)合面以及結(jié)合面以上覆土含有雜草等物使得土料指標(biāo)降低，滑裂面采用新老堤結(jié)合面見圖3，堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表3。

圖3 堤防新老堤結(jié)合面抗滑穩(wěn)定計(jì)算示意圖（82+025斷面）（尺寸單位：m）

表3 堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

由計(jì)算結(jié)果可知，按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》堤坡抗滑穩(wěn)定不滿足要求，所以需要及時治理新老堤結(jié)合面的滑移裂縫。

2.4 堤防裂縫產(chǎn)生原因

（1）遼中縣渾河堤防是老堤通過加高培厚完成。堤壩厚度沿軸線方向不一，根據(jù)土體自然沉降量計(jì)算公式不同填筑厚度的土方沉降量在同一時段內(nèi)隨著填筑厚度增大而增大。根據(jù)堤防施工圖可知，迎水側(cè)新筑堤身厚度明顯大于背水側(cè)，沉降差異必然導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

（2）2012 年汛期降雨集中，短時間內(nèi)造成堤壩土體含水量陡然增大，導(dǎo)致堤頂產(chǎn)生裂縫。

3 裂縫加固設(shè)計(jì)方案

3.1 工程規(guī)模及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

防洪標(biāo)準(zhǔn)50 年一遇，工程等級為2 級，堤頂寬6 m，堤防超高1.7 m。堤防設(shè)計(jì)過流能力4000 m3/s。筑堤材料為粉質(zhì)粘土、壤土、細(xì)砂等，粘性土壓實(shí)度不小于0.92。

本次設(shè)計(jì)范圍包括渾河遼中段堤防的全部裂縫，樁號為69+000～94+900。其中裂縫總長度8210 m。

3.2 裂縫維修設(shè)計(jì)方案

3.2.1 土方重新壓實(shí)（方案一）

（1）重點(diǎn)堤段：裂縫寬度5 cm以上的堤段。維修加固設(shè)計(jì)5 段重點(diǎn)堤段，裂縫長5440 m。開挖堤防頂至整治前的高程，清除裂縫所在堤段的表土50 cm，按加固設(shè)計(jì)方案重新填筑壓實(shí)。

迎水坡護(hù)腳設(shè)計(jì)：為防止新老堤結(jié)合斷面再次出現(xiàn)險(xiǎn)情，擬在重點(diǎn)堤段迎水坡坡腳做戧臺護(hù)腳以加強(qiáng)迎水坡抗滑穩(wěn)定性，在護(hù)腳處做0.5 m清基處理，護(hù)腳尺寸5 m×1 m，回填土方壓實(shí)。

（2）非重點(diǎn)堤段：裂縫寬度5 cm以下堤段，非重點(diǎn)堤段裂縫共計(jì)2770 m。該堤段表土清基50 cm，根據(jù)裂縫所在的位置，分布在兩側(cè)的裂縫將堤防開挖至裂縫底部并鏟平，分布在單側(cè)的裂縫則按階梯斷面開挖至裂縫底部，由裂縫處向安全側(cè)挖掘1.0 m，階梯臺高0.3 m，階梯臺寬0.5 m，按照設(shè)計(jì)高程重新筑堤壓實(shí)。

（3）堤身設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)滿足防汛和管理所需。保持堤身加固前后的結(jié)構(gòu)、尺寸不變。

（4）筑堤材料及填筑標(biāo)準(zhǔn)：土料選清除根莖、雜質(zhì)的亞黏土，粘粒含量15%～30%，塑料指數(shù)為10～20。土體含水率保持在最優(yōu)含水率的±3%范圍內(nèi)，壓實(shí)度不小于0.92。

（5）堤頂結(jié)構(gòu)：根據(jù)施工、管理和防汛要求綜合確定堤頂寬度為6 m，結(jié)合堤身材料、氣象等條件等選用土堤路基鋪筑堤頂路面。鋪設(shè)200 mm厚砂石路基，100 cm厚砂石路面；堤頂坡度采用2%，向兩側(cè)傾斜。

3.2.2 灌漿填補(bǔ)裂隙（方案二）

采用灌漿填補(bǔ)裂隙方案，重要裂縫與一般裂縫均從頂面進(jìn)行灌漿進(jìn)行裂隙填補(bǔ)，灌至裂隙底部。

綜上，由于方案一成熟可靠，并且有前期經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，同時施工方便投資節(jié)省，所以選取方案一為本次設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

4 結(jié)語

堤防裂縫產(chǎn)生的成因復(fù)雜，施工質(zhì)量不佳、遇特殊運(yùn)行工況或設(shè)計(jì)瑕疵等均能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生和發(fā)展。在確定加固設(shè)計(jì)方案前應(yīng)詳細(xì)勘察了解裂縫性質(zhì)，結(jié)合具體情況論證比選方案，從根本上解決隱患，確保堤防安全運(yùn)行。