建筑碎料斜坡堤局部滑移原因分析

吳璽，黃玉龍，趙巖

（1.天津市南港工業(yè)區(qū)開發(fā)有限公司，天津 300457；2.天津中心漁港開發(fā)有限公司，天津 300457；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業(yè)重點實驗室，天津市港口巖土工程技術重點實驗室，天津 300222）

1 引言

近年來，砂、石等原材料的價格持續(xù)上漲，而大量拆遷項目所產(chǎn)生的建筑碎料缺少放置的地方。有人嘗試將建筑碎料作為斜坡堤的主體結構[1]，在降低工程造價的同時，可使建筑碎料“變廢為寶”，也給建筑碎料的處理提供了一種新的方式。建筑碎料堤心是一種新型的堤心結構，具有施工快捷、造價低廉等優(yōu)點，同時也有受海水沖刷易流失，施工區(qū)域有所局限等缺點。

由于是新型堤心材料，在設計、施工中沒有經(jīng)驗，可能會存在一些不合理的地方，比如設計參數(shù)的選取，施工質量控制等因素都可能會造成圍堤局部塌陷或滑移。

2 工程概況

2008年11月，北方某陸域吹填場地發(fā)生了局部滑移。圍堤的結構型式為斜坡堤式結構，圍堤頂面標高為6.0 m，堤頂寬度為10.0 m，堤心為建筑碎料。地基未進行處理直接堆填建筑碎料。局部滑移的范圍約170 m，其中東西兩端與穩(wěn)定的圍堤間形成兩個斷口（見圖1）。

圖1 滑移后圍堤

3 地質情況

根據(jù)施工前勘察報告，本段圍堤下的地基土體自上而下分為7個大層：

其中對圍堤影響較大的兩個淺層土層分別描述如下：

十字板剪切強度指標見表1。

表1 十字板剪切強度統(tǒng)計表

4 滑移前施工情況

經(jīng)過調查，受吹填工期的影響，該段圍堤在沒有成型之前就開始了后方造陸吹填，在11月初圍堤頂面達到+6.4 m，而11月中旬后方吹填泥面的標高已經(jīng)達到了+6.0 m，水面標高為+6.3 m。

5 滑移原因分析

5.1 設計參數(shù)

陸上推進填筑建筑碎料方案的設計原理是通過將一定粒徑的填料填筑到軟土地基中，將原基礎處的淤泥或淤泥質土擠走，在堤身兩側形成隆起，增加堤身底面處的邊載，提高下部地基承載能力，達到整體穩(wěn)定的目的。

由于建筑碎料屬于非傳統(tǒng)意義上的建筑材料，其材料特性具有一定的不確定性，為滿足理論計算的需求，設計要求建筑碎料的含土量不大于10%，計算時參照砂的資料，內(nèi)摩擦角采用32°。

由于擠淤情況存在一定的不確定性，為保證使用期安全，設計說明中對堤身填筑提出了一次填筑到頂，并利用兩側邊坡填料進行超載擠淤的要求。

按照規(guī)范要求[2]，設計對圍堤的地基整體穩(wěn)定性進行了計算，并分別核算圓弧滑動和非圓弧滑動的斷面穩(wěn)定性。圓弧滑動計算時，考慮到使用期的荷載小于施工期荷載，不考慮穿越堤頂?shù)幕?。根?jù)計算結果，整體穩(wěn)定抗力分項系數(shù)能夠滿足規(guī)范要求；非圓弧滑動計算時，計算面選定原泥面（原泥面以上為建筑碎料堤身，抗滑能力較強；原泥面以下被動土壓力增長值大于后方主動土壓力增長，穩(wěn)定性好），滑動面的土體抗剪強度采用下部地基十字板強度的最小值11.0 kPa，后方吹填泥漿假定一次性吹填到+6.5 m標高，泥漿重度采用13 kN/m3。根據(jù)計算結果，滑動力為275 kN/m，阻滑力為561 kN/m，抗力分項系數(shù)滿足規(guī)范要求。（當僅考慮碎料底寬范圍時，阻滑力為348 kN/m，抗力分項系數(shù)不滿足規(guī)范要求。）

5.2 外界因素

經(jīng)現(xiàn)場調查，在圍堤局部滑移之前，曾有勘探船在該區(qū)域進行爆破物探，且爆炸的能量較大。

5.3 滑移后地質情況

為了了解局部滑移后滑移體范圍的地質情況[3]，共布置了6個十字板試驗孔、2個取土試驗孔，以探摸局部滑移后的地質情況。表2為十字板試驗結果，表3為取土試驗結果。

表2 十字板試驗結果

表3 土工試驗成果總表

綜合滑移后現(xiàn)場勘察資料可以看出，該區(qū)域地質情況較為復雜。從泥面以下，對穩(wěn)定影響較大的主要是頂層的淤泥類土（淤泥和淤泥質粘土），強度較低，是滑移面可能存在的層位。

在原圍堤堤心線以北約5.0 m的地方，建筑碎料的底標高在-5.0～-6.2 m之間，而在堤心線以南5.0 m的地方，建筑碎料的底標高為-2.8 m，相差約3 m。

5.4 原設計參數(shù)驗算

根據(jù)原設計斷面，采用表1中的十字板強度進行穩(wěn)定驗算，所取主要參數(shù)如下：

①圍堤頂標高按施工期6.5 m考慮；

②北側反壓平臺頂標高2.5m，寬度8.5m，坡比為1∶2；

③南側反壓平臺頂標高2.0m，寬度6.0m，坡比為1∶2；

④吹填泥面按6.0 m考慮；

⑤建筑碎料C=0，φ=32°，擠淤深度按3 m考慮；

⑥設計低水位0.5 m。

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》，得到的安全系數(shù)為1.137，計算結果見圖2。

圖2 原設計斷面穩(wěn)定計算結果

在原設計參數(shù)中，建筑碎料的內(nèi)摩擦角為32°，從現(xiàn)場局部滑移后的剖面看，含泥量遠大于10%，尤其在水位線以下的部分，被水浸泡之后強度下降較多，因此，實際的內(nèi)摩擦角應進行調整。局部滑移前地基應處于極限平衡狀態(tài)，在外界因素爆破物探的影響下，平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生了局部滑移。因此，滑移前的安全系數(shù)應在1.0左右。采用滑移后的勘察資料，同時調整建筑碎料的內(nèi)摩擦角，通過多次試算，當內(nèi)摩擦角取25°時，安全系數(shù)為1.003。計算結果見圖3。

圖3 建筑碎料內(nèi)摩擦角為25°時的穩(wěn)定計算結果

實際滑移時的滑移面不會與理論計算規(guī)則圓弧面完全一致，南側邊坡上的滑移位置可能位于南側反壓平臺附近，北側滑出點可能在北側反壓平臺以外。南側堤心處的建筑碎料在滑移后到了北側堤心處，并向下擠淤了約3.0 m，這就是導致圍堤軸線南北側建筑碎料厚度差了3.0 m的原因。

5.5 局部滑移的原因分析

結合以上分析和現(xiàn)場調查資料，產(chǎn)生局部滑移的原因有以下幾個：

①由于建筑碎料具有不確定性，不均勻，離散性大（從現(xiàn)場滑移后的斷口看，局部建筑碎料的含泥量遠大于10%），且沒有粘結力。在后方吹填過程中，如果倒濾效果不理想，堤身填料中細顆粒受到一定淘刷，導致圍堤穩(wěn)定性降低；

②圍堤局部滑移前，在該區(qū)域有勘探船只進行爆破物探，是圍堤滑移的誘因；

③后方吹填泥漿的速率過快，導致地基來不及適應；

④從勘察的結果來看，圍堤的滑動過程可能是先水平移動然后再下沉刺入地基土體，導致圍堤軸線南北側建筑碎料厚度差了3.0 m。

綜合分析，這種建筑碎料堤心結構型式?jīng)Q定了可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，后方吹填過快和附近物探爆破是誘因。

6 修復斷面的穩(wěn)定計算

考慮到圍堤滑移后，建筑碎料把軟弱淤泥擠走，使圍堤的穩(wěn)定性增強，因此，設計決定按原圍埝軸線重新堆填，且坡上不進行處理。考慮滑移后的地形情況，再次進行了驗算，水下部分的建筑碎料內(nèi)摩擦角調整為25°，計算得到的安全系數(shù)為1.378。計算結果見圖4。

圖4 修復方案穩(wěn)定計算結果

在圍堤重新合攏后，很快就恢復吹泥工作，圍堤處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結語

（1）建筑碎料質量控制不好，吹填造陸速度過快是造成圍堤滑移的主要原因，附近的爆破勘探是誘因；

（2）建筑碎料斜坡堤的含泥量如果控制不好會降低圍堤的穩(wěn)定性，設計計算時應調整建筑碎料的內(nèi)摩擦角，以契合實際情況。

實踐證明，調整設計參數(shù)后的圍堤是穩(wěn)定的。

[1]王翀.建筑碎料在天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)筑埝工程應用的利弊分析[J].科技資訊，2008，（32）.

[2]JTJ250-98，港口工程地基規(guī)范[S].

[3]某工程局部滑移段勘察報告[R].中交天津港灣工程研究院有限公司，2008.