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【摘要】本文通过对东明黄河大堤由于背河侧放淤土体施工产生纵向裂缝的危害和原因分析，提出了对纵向裂缝的处理措施，并对处理措施进行了现场试验研究。试验研究的成果对堤防纵向裂缝处理具有指导作用。
【关键词】堤防 裂缝 处理 试验研究
中图分类号： C33文献标识码：A 文章编号：
1、东明黄河大堤裂缝的产生
目前，黄河大堤的加固多采用放淤固堤措施。放淤固堤是将含沙量大的或经过人工冲吸的高含沙量的黄河水，引到堤防背河一侧，使泥沙沉淀下来形成淤背体，并对淤背体进行包边盖顶，使之符合环保要求的工程措施。
东明黄河大堤全长61.135km（大堤桩号156+050-217+968），放淤固堤的淤背体标准是顶宽80—100m，淤背体高度为8m。桩号156+050-182+650堤段放淤固堤工程在2004年9月开工，2005年5月完成。在放淤固堤之前，此堤段的堤防道路已于2004年9月完成。2004年11月中旬，桩号180+930-181+050堤段背河淤高3m时（淤背体施工速率为平均每月淤高1.2m），堤顶路缘石与路面接缝处开始出现裂缝，宽度为0.5—2.0cm、深度为0.2—1.5m。随着放淤高度的增加，裂缝为断加宽加深，并向两端延伸，特别是桩号167+290-176+200、181+850-182+600堤段，裂缝发展较为严重。2005年8月初，对桩号156+050-217+968堤段的堤顶裂缝进行了统计，共发现裂缝约180条，裂缝长度总计约71960m，裂缝最大宽度40cm、最大深度7m。大堤裂缝全部为纵向裂缝。近似呈直线展布，基本与大堤走向一致，多位于背河堤肩路缘石处和路面中部，个别堤段临河堤肩也现出裂缝。
2、纵向裂缝对大堤的危害
a、黄河大堤堤身纵向裂缝，造成堤身质量降低。在雨季或汛期洪水渗入堤防内部，使堤防土体的物理力学性能降低，堤防边坡的稳定性变差，严重时会造成堤坡坍塌。
作者简介：张兴鹏(1969- )，男，山东济南人，高级工程师，主要从事水利、公路工程的勘察和检测工作。
李方才(1963- )，男，山东济南人，高级工程师，主要从事水利、公路工程的勘察和检测工作。
b、黄河大堤堤身纵向裂缝是堤坡稳定性的隐患，堤坡会沿裂缝处滑运。在不同设计条件下，对东明黄河大堤临河坡进行了堤坡滑支稳定核算，纵向裂缝使堤坡滑动安全系数降低17.3%--18.3%，对防洪安全构成严重威胁。
3、东明大堤纵向裂缝产生的原因
通过现场调研分析，并利用饱和一非饱和渗流、渗流与应力耦合、湿化变形、有限单元分析等理论与方法，揭示出东明黄河大堤纵向裂缝产生的原因如下：
a、由于淤背施工，淤背体重量对堤向堤基本产生了较大的荷载，淤背施工速率小，堤身的倾度值、拉应变值也小，堤身产生裂缝的范围也相对较小；反之，产生裂缝的范围也会扩大。东明黄河大堤部分堤段淤背施工速率过大是导致了大堤纵向裂缝的产生的主要原因。
b、淤背体存水入渗至堤身，导致堤身土体发生湿化变形，恶化了堤身的应力状态，促进了裂缝的产生的扩展。
c、东明黄河大堤部分堤段为了加快工程进度，在背河堤肩备足淤背体的包边盖顶土方，备土高度3-4.5m。备土啬 了附加荷载，加大了堤身的变形，加剧了堤身裂缝的产生的发展。
4、大堤裂缝处理措施
根据堤身土体的工程地质特性、裂缝的宽度和黄河堤防病害处理施工的经验，堤防裂縫处理方法主要有开挖回填法和压力灌浆法。
开挖回填法是探明裂缝深度，将裂缝全部挖除，然后回填压实。开挖回填法可以较为彻底地解决裂缝影响。但开挖回填工作量大，投资大，施工时阻断堤防交通，破坏已建成的堤防道路。
压力灌浆法是对于缝宽较大（缝宽大于3cm）、较深的裂缝，进行压力灌浆充填，再沿缝开挖成槽（宽1m、深35cm），回填压实，最后恢复堤防道路；对缝宽较小（缝宽不大于3cm）的裂缝，压力灌浆充填后再用沥青抹缝。此方法的优点是仅对裂缝部位局部开挖成槽，大堤不需大面积开挖，工程造价较小，施工方便。
经综合分析，东明黄河大堤裂缝处理采用压力灌浆的加固措施。
5、东明黄河大堤裂缝压力灌浆试验研究
为保证裂缝处理质量、缩短工期和节省投资，并对大面积处理裂缝的实施取得压力灌浆参数和确定压力灌浆的施工工艺、施工方案等，2006年3月29日--6月6日，选择181+850-182+650堤段进行了压力灌浆试验研究。同时，对不同灌浆阶段采用高密度电阻率法、探槽法及取样试验对灌浆整体效果进行了对比检测，通过试验研究得出以下结论：
a、灌浆时间宜选择在汛前或汛后，以加快浆液固结，保证黄河堤防防洪安全。复灌时间间隔短，不利于浆液充分固结凝结，复灌时间间隔延长，原则上要求浆液固结收缩基本完成后进行复灌，至少为7天，复灌次数宜为3次。可在汛前完成首灌及复灌2次，汛后再进行1次复灌。
b、灌浆材料。一般结合堤身土质特性选择适宜的土料。宜选择分菜性好、易于造浆、土料收缩性小的土料，禁用腐殖土。东明堤防填筑土的粘粒含量一般不超过13%，依据《土坝坝体灌浆技术规范》，结合黄河下游多年的压力灌浆经验，压力灌浆试验选用的两处土料粘粒含量分别为11.8%和13.8%，粉粒含量分别为81.3%和73.8%，制成的浆液具用稳定性强、析水性较低、固结凝固快等特性。通过灌浆效果检查，大堤裂缝充填较好，浆脉与堤身结合良好。因此东明大堤裂缝灌浆土料可采用粉质壤土，宽缝及窄缝可采用一控制指标，即按粘粒含量10%--15%，粉粒含量70%--80%，有机质含量小于2%控制。
c、灌液的主要指标是浆液的容重，浆液容重大，泥浆浓度大，充填裂缝快，凝结后收缩小，由于是低压灌浆，首灌时宽缝灌浆宜采用浓度大、干缩性小的泥浆；窄缝灌浆宜采用浓度较小、流动性较大的泥浆。通过灌浆试验和灌浆后开槽检查，宽缝首灌采用1.50—1.60Tm3的浆液，复灌采用1.5-1.6m3的浆液；灌浆效果良好，裂缝浆脉充填密实，凝结速度较快，无干缩现象。
d、东明大堤裂缝压力灌浆试验是根据大堤纵向裂缝的特点，沿裂缝位置布置灌浆孔，裂缝表层进行了粘土充填，作为灌浆盖重，选择了低压灌浆。宽缝首灌压力控制在0—0.04MPa，最后压力达到0.06MPa，复灌压力采用0.04-0.06MPa，最大压力不超过0.08MPa；窄缝首灌压力采用0.04—0.06MPa，复灌压力采用0.04—0.07MPa，最大压力不超过0.08MPa。通过灌浆效果检查，此灌浆压力达到了裂3缝充填密实效果，满足裂缝处理要求。
e、东明大堤裂缝的处理可沿裂缝布设一排灌浆孔，灌浆造孔及施工须按两序进行，待I序孔钻灌完成后，再进行II序孔钻灌，压力灌浆孔径为40mm，灌浆孔深大于裂缝深度1.0m。宽缝首灌时发现孔距在2.0m、2.5m时有串浆显现，因此宽缝首灌采用孔距3m；宽缝首灌后裂缝中有一定的充填物，裂缝相对减小为小的缝隙，为保证灌浆效果，宽缝复灌时孔距可适当减小；而窄缝首灌和复灌时采用孔距1.5时无串浆现象，灌浆效果良好，因此，窄缝灌浆采用孔距1.5m。
f、灌浆试验进行了探糟检查、取样试验和高密度电法检测，从灌浆前后的高密度电阻率色谱图对比可知，整体灌浆效果较好；探槽开挖结果显示，所有裂缝均由堤顶向下变窄尖灭；从土工试验成果看，因为浆液没有达到完全固凝固，浆脉与堤身结合处理垂直及水平所取试样均较提身两侧试样含水率大，干密度小，压缩系数较大，但浆脉与堤身结合处的渗透系数与两侧堤身并无大的差别，浆脉与堤身结合较好。浆脉处或浆脉与堤身结合处的抗剪强度与两侧堤身相差不大，例如桩号182+630处的土样，浆脉处的内摩擦角为15.80、粘聚力为28.5KPa，浆脉与堤身结合处的内磨擦角为150，粘聚力为28.6KPa，而两侧堤身土垢内磨擦为16.90、粘聚力为23.3KPa，基本相近，由此可见，采用压力灌浆法处理裂缝后可使大堤的抗滑安全系数提高，与裂缝产生前的抗滑安全系数相接近，因此，应用压力灌浆法解决东明堤防裂缝问题技术上是可行的。
g、试验须如果采用大堤裂缝开挖回填方案需投资130.12万元，而压力灌浆方案投资39.99万元，比开挖方案减少90.13万元。因此，应用压力灌浆技术解决东明堤防裂缝是经济合理的处理方案。
【关键词】堤防 裂缝 处理 试验研究
中图分类号： C33文献标识码：A 文章编号：
1、东明黄河大堤裂缝的产生
目前，黄河大堤的加固多采用放淤固堤措施。放淤固堤是将含沙量大的或经过人工冲吸的高含沙量的黄河水，引到堤防背河一侧，使泥沙沉淀下来形成淤背体，并对淤背体进行包边盖顶，使之符合环保要求的工程措施。
东明黄河大堤全长61.135km（大堤桩号156+050-217+968），放淤固堤的淤背体标准是顶宽80—100m，淤背体高度为8m。桩号156+050-182+650堤段放淤固堤工程在2004年9月开工，2005年5月完成。在放淤固堤之前，此堤段的堤防道路已于2004年9月完成。2004年11月中旬，桩号180+930-181+050堤段背河淤高3m时（淤背体施工速率为平均每月淤高1.2m），堤顶路缘石与路面接缝处开始出现裂缝，宽度为0.5—2.0cm、深度为0.2—1.5m。随着放淤高度的增加，裂缝为断加宽加深，并向两端延伸，特别是桩号167+290-176+200、181+850-182+600堤段，裂缝发展较为严重。2005年8月初，对桩号156+050-217+968堤段的堤顶裂缝进行了统计，共发现裂缝约180条，裂缝长度总计约71960m，裂缝最大宽度40cm、最大深度7m。大堤裂缝全部为纵向裂缝。近似呈直线展布，基本与大堤走向一致，多位于背河堤肩路缘石处和路面中部，个别堤段临河堤肩也现出裂缝。
2、纵向裂缝对大堤的危害
a、黄河大堤堤身纵向裂缝，造成堤身质量降低。在雨季或汛期洪水渗入堤防内部，使堤防土体的物理力学性能降低，堤防边坡的稳定性变差，严重时会造成堤坡坍塌。
作者简介：张兴鹏(1969- )，男，山东济南人，高级工程师，主要从事水利、公路工程的勘察和检测工作。
李方才(1963- )，男，山东济南人，高级工程师，主要从事水利、公路工程的勘察和检测工作。
b、黄河大堤堤身纵向裂缝是堤坡稳定性的隐患，堤坡会沿裂缝处滑运。在不同设计条件下，对东明黄河大堤临河坡进行了堤坡滑支稳定核算，纵向裂缝使堤坡滑动安全系数降低17.3%--18.3%，对防洪安全构成严重威胁。
3、东明大堤纵向裂缝产生的原因
通过现场调研分析，并利用饱和一非饱和渗流、渗流与应力耦合、湿化变形、有限单元分析等理论与方法，揭示出东明黄河大堤纵向裂缝产生的原因如下：
a、由于淤背施工，淤背体重量对堤向堤基本产生了较大的荷载，淤背施工速率小，堤身的倾度值、拉应变值也小，堤身产生裂缝的范围也相对较小；反之，产生裂缝的范围也会扩大。东明黄河大堤部分堤段淤背施工速率过大是导致了大堤纵向裂缝的产生的主要原因。
b、淤背体存水入渗至堤身，导致堤身土体发生湿化变形，恶化了堤身的应力状态，促进了裂缝的产生的扩展。
c、东明黄河大堤部分堤段为了加快工程进度，在背河堤肩备足淤背体的包边盖顶土方，备土高度3-4.5m。备土啬 了附加荷载，加大了堤身的变形，加剧了堤身裂缝的产生的发展。
4、大堤裂缝处理措施
根据堤身土体的工程地质特性、裂缝的宽度和黄河堤防病害处理施工的经验，堤防裂縫处理方法主要有开挖回填法和压力灌浆法。
开挖回填法是探明裂缝深度，将裂缝全部挖除，然后回填压实。开挖回填法可以较为彻底地解决裂缝影响。但开挖回填工作量大，投资大，施工时阻断堤防交通，破坏已建成的堤防道路。
压力灌浆法是对于缝宽较大（缝宽大于3cm）、较深的裂缝，进行压力灌浆充填，再沿缝开挖成槽（宽1m、深35cm），回填压实，最后恢复堤防道路；对缝宽较小（缝宽不大于3cm）的裂缝，压力灌浆充填后再用沥青抹缝。此方法的优点是仅对裂缝部位局部开挖成槽，大堤不需大面积开挖，工程造价较小，施工方便。
经综合分析，东明黄河大堤裂缝处理采用压力灌浆的加固措施。
5、东明黄河大堤裂缝压力灌浆试验研究
为保证裂缝处理质量、缩短工期和节省投资，并对大面积处理裂缝的实施取得压力灌浆参数和确定压力灌浆的施工工艺、施工方案等，2006年3月29日--6月6日，选择181+850-182+650堤段进行了压力灌浆试验研究。同时，对不同灌浆阶段采用高密度电阻率法、探槽法及取样试验对灌浆整体效果进行了对比检测，通过试验研究得出以下结论：
a、灌浆时间宜选择在汛前或汛后，以加快浆液固结，保证黄河堤防防洪安全。复灌时间间隔短，不利于浆液充分固结凝结，复灌时间间隔延长，原则上要求浆液固结收缩基本完成后进行复灌，至少为7天，复灌次数宜为3次。可在汛前完成首灌及复灌2次，汛后再进行1次复灌。
b、灌浆材料。一般结合堤身土质特性选择适宜的土料。宜选择分菜性好、易于造浆、土料收缩性小的土料，禁用腐殖土。东明堤防填筑土的粘粒含量一般不超过13%，依据《土坝坝体灌浆技术规范》，结合黄河下游多年的压力灌浆经验，压力灌浆试验选用的两处土料粘粒含量分别为11.8%和13.8%，粉粒含量分别为81.3%和73.8%，制成的浆液具用稳定性强、析水性较低、固结凝固快等特性。通过灌浆效果检查，大堤裂缝充填较好，浆脉与堤身结合良好。因此东明大堤裂缝灌浆土料可采用粉质壤土，宽缝及窄缝可采用一控制指标，即按粘粒含量10%--15%，粉粒含量70%--80%，有机质含量小于2%控制。
c、灌液的主要指标是浆液的容重，浆液容重大，泥浆浓度大，充填裂缝快，凝结后收缩小，由于是低压灌浆，首灌时宽缝灌浆宜采用浓度大、干缩性小的泥浆；窄缝灌浆宜采用浓度较小、流动性较大的泥浆。通过灌浆试验和灌浆后开槽检查，宽缝首灌采用1.50—1.60Tm3的浆液，复灌采用1.5-1.6m3的浆液；灌浆效果良好，裂缝浆脉充填密实，凝结速度较快，无干缩现象。
d、东明大堤裂缝压力灌浆试验是根据大堤纵向裂缝的特点，沿裂缝位置布置灌浆孔，裂缝表层进行了粘土充填，作为灌浆盖重，选择了低压灌浆。宽缝首灌压力控制在0—0.04MPa，最后压力达到0.06MPa，复灌压力采用0.04-0.06MPa，最大压力不超过0.08MPa；窄缝首灌压力采用0.04—0.06MPa，复灌压力采用0.04—0.07MPa，最大压力不超过0.08MPa。通过灌浆效果检查，此灌浆压力达到了裂3缝充填密实效果，满足裂缝处理要求。
e、东明大堤裂缝的处理可沿裂缝布设一排灌浆孔，灌浆造孔及施工须按两序进行，待I序孔钻灌完成后，再进行II序孔钻灌，压力灌浆孔径为40mm，灌浆孔深大于裂缝深度1.0m。宽缝首灌时发现孔距在2.0m、2.5m时有串浆显现，因此宽缝首灌采用孔距3m；宽缝首灌后裂缝中有一定的充填物，裂缝相对减小为小的缝隙，为保证灌浆效果，宽缝复灌时孔距可适当减小；而窄缝首灌和复灌时采用孔距1.5时无串浆现象，灌浆效果良好，因此，窄缝灌浆采用孔距1.5m。
f、灌浆试验进行了探糟检查、取样试验和高密度电法检测，从灌浆前后的高密度电阻率色谱图对比可知，整体灌浆效果较好；探槽开挖结果显示，所有裂缝均由堤顶向下变窄尖灭；从土工试验成果看，因为浆液没有达到完全固凝固，浆脉与堤身结合处理垂直及水平所取试样均较提身两侧试样含水率大，干密度小，压缩系数较大，但浆脉与堤身结合处的渗透系数与两侧堤身并无大的差别，浆脉与堤身结合较好。浆脉处或浆脉与堤身结合处的抗剪强度与两侧堤身相差不大，例如桩号182+630处的土样，浆脉处的内摩擦角为15.80、粘聚力为28.5KPa，浆脉与堤身结合处的内磨擦角为150，粘聚力为28.6KPa，而两侧堤身土垢内磨擦为16.90、粘聚力为23.3KPa，基本相近，由此可见，采用压力灌浆法处理裂缝后可使大堤的抗滑安全系数提高，与裂缝产生前的抗滑安全系数相接近，因此，应用压力灌浆法解决东明堤防裂缝问题技术上是可行的。
g、试验须如果采用大堤裂缝开挖回填方案需投资130.12万元，而压力灌浆方案投资39.99万元，比开挖方案减少90.13万元。因此，应用压力灌浆技术解决东明堤防裂缝是经济合理的处理方案。