某海港防護(hù)堤滑塌的原因分析與加固研究

摘 要：文章介紹了某海港防護(hù)堤經(jīng)過大風(fēng)暴潮侵蝕坍塌損壞的現(xiàn)象，采取多項勘探方法，對防護(hù)堤地基進(jìn)行現(xiàn)場取樣、探測及室內(nèi)試驗和數(shù)據(jù)分析。海港防護(hù)堤地基為海底淤泥和淤泥質(zhì)土，抗剪強(qiáng)度低，沉降量大；特有的蠕變特性是防護(hù)堤滑塌損壞的主要原因。根據(jù)防護(hù)堤的特點(diǎn)，采取了拋石、扭工體防浪、旋噴樁防滲墻、級配料灌漿等綜合的工程措施，對治理后的效果進(jìn)行了實踐考驗。結(jié)論得出采取多種措施同時治理海港防護(hù)堤坍塌是合理的，防護(hù)堤經(jīng)過多年風(fēng)暴潮的侵蝕，工程完好。同類工程可以借鑒應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：海港防護(hù)堤 滑塌 蠕變特性 分析研究 防滲墻

中圖分類號：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0029-01

1 工程概況及問題的出現(xiàn)

海港防護(hù)堤始建于1985年，于1987年投產(chǎn)，作為物資、材料生產(chǎn)運(yùn)輸和工作人員進(jìn)出外港的通道，經(jīng)過了二十多年的使用，期間多次遭受風(fēng)暴潮的襲擊。該海區(qū)屬于不規(guī)則半日潮性質(zhì)：設(shè)計高水位1.57 m，歷時累積頻率1%，設(shè)計低水位-0.79 m，歷時累積頻率98%。設(shè)計地震烈度為7度。海港防護(hù)堤破壞段表現(xiàn)為防護(hù)堤護(hù)坡滑塌、防波扭工體被防浪沖至海水以下，護(hù)堤坡角沉陷，堤坡反濾層被海浪淘刷，局部土工布暴露撕裂。滑塌段長20～30 m，多大8處。

2 防護(hù)堤現(xiàn)場勘測

對防護(hù)堤滑塌段地質(zhì)及堤身情況進(jìn)行勘探和物探測量。地基勘探采取的手段是鉆孔取樣，進(jìn)行室內(nèi)試驗；堤身采用地質(zhì)雷達(dá)和電測法進(jìn)行對比探測。

2.1 勘測分析

2.1.1 鉆孔勘探

鉆孔取樣和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗探明，防護(hù)堤堤基以下淤泥和淤泥質(zhì)粘土未能排水固結(jié)，依然軟弱。海底土層以細(xì)顆粒多見，并含少量的有機(jī)質(zhì)，顏色為黃褐～黑褐色。此類軟土多屬近代水下細(xì)顆粒沉積土，其天然排水抗剪強(qiáng)度小于20 kPa，有效內(nèi)摩擦角僅為幾度有的接近零。

防護(hù)堤地層土質(zhì)主要分為淤泥和淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、沖填土4類；其特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大。強(qiáng)度低，摩擦角小，具有蠕變或觸變特性。當(dāng)原狀軟土受到擾動后，結(jié)構(gòu)受到破壞，土的強(qiáng)度顯著降低。其靈敏度一般在3～4之間，個別高達(dá)8～9。具有明顯的流變性，在荷載的作用下，軟土承受剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減。高壓縮性，軟土的壓縮模量Es≤4 MPa，大部分壓縮變形發(fā)生在垂直壓力為100 kPa左右，作為地基時的沉降量很大；標(biāo)貫擊數(shù)低，最弱的土層只有2擊。防護(hù)堤7.0 m以上為沖填土，土質(zhì)較均勻，以粉質(zhì)壤土為主，稍密；不均勻性，由于沉積環(huán)境的變化，粘性層中局部夾有厚薄不等的粉土，使水平和豎向分布有所差異，作為堤基則易產(chǎn)生差異沉降。

2.1.2 防護(hù)堤隱患綜合探測

經(jīng)探測防護(hù)堤結(jié)構(gòu)為沖填土堤，外殼為中濾料加拋石護(hù)坡，堤頂為20 cm砼砌塊，其下為30 cm碎石墊層，中部填土較密實，無懸空現(xiàn)象；防護(hù)堤防浪墻5.50 m范圍內(nèi)有比較多的沖蝕塌落坑穴和部分松散的填土區(qū)域。

3 防護(hù)堤滑坡原因分析

海底淤泥和淤泥質(zhì)土抗剪強(qiáng)度低，沉降量大，特有的蠕變特性是防護(hù)堤損壞的主要原因。土的流變特性主要表現(xiàn)為常荷載下變形隨時間而逐漸增長的蠕變特性；作用在土體上的荷載超過某一限值時，土體的變形速率將從等速轉(zhuǎn)變至加速而導(dǎo)致蠕變破壞，作用應(yīng)力愈大，變形速率愈大，達(dá)到破壞的時間愈短。

海底軟弱土體在外力作用下，特別是重載車震動波對軟土傳遞擾動、海浪對護(hù)坡的沖壓力、冰凍張力等均可加速軟弱土體的流變過程使軟弱土體發(fā)生豎向特別是橫向位移，促使堤腳松動，護(hù)坡塊石坍塌滑落。

防護(hù)堤沖填土外坡返濾填料級配不良。海浪的切割力對防護(hù)堤沖填土進(jìn)行剝蝕，土顆粒逐漸遺失，形成空穴。護(hù)坡石塌陷，致使防浪墻懸空、沉降、斷裂，最終防護(hù)堤防護(hù)體系全部破壞。

4 隱患治理

4.1 堤身海浪防護(hù)

增加防護(hù)堤坡拋石量，放緩拋石護(hù)坡，邊坡放至1∶2；下層拋石單塊重量為10～100 kg，表層單塊重量為100～200 kg。然后在表層塊石上面擺放扭工體，范圍自堤腳布設(shè)至坡頂，達(dá)到削浪防護(hù)。

4.2 增設(shè)護(hù)底

該防護(hù)堤處于海域強(qiáng)浪區(qū)域，堤腳沖刷淘蝕嚴(yán)重，需在防護(hù)堤腳處增設(shè)護(hù)底，向海里延伸寬度為20.0 m。護(hù)底結(jié)構(gòu)應(yīng)用已有相當(dāng)長的歷史，傳統(tǒng)護(hù)底結(jié)構(gòu)主要采用拋石、合金籠裝石等形式。根據(jù)防護(hù)堤沖刷程度，經(jīng)計算研究采用砼聯(lián)鎖排進(jìn)行護(hù)底，砼強(qiáng)度等級為C35。

4.3 防護(hù)堤路面加固

由于防護(hù)堤路面路基部分被淘空，堤頂擋墻不均勻沉降，斷裂。修復(fù)措施是對路基掏空處，采用C30細(xì)石混凝土填充；對于沉降、斷裂的擋墻拆除，重新澆筑C30鋼筋砼。

4.4 高壓旋噴樁及級配料灌漿

堤底以下土層主要有淤泥和淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土組成。其特點(diǎn)是含水量大，強(qiáng)度低，摩擦角小，具有蠕變和觸變特性。此現(xiàn)狀及易造成堤腳外移，堤身結(jié)構(gòu)破壞，隨即會被沖刷掏空。結(jié)合海底土質(zhì)特性，分析研究用雙管高壓旋噴樁及級配料灌漿工藝。距離防浪墻內(nèi)側(cè)3.85 m處設(shè)一條旋噴灌漿軸線，孔距1.0 m，墻體寬（樁徑）1.0～1.2 m；高壓旋噴樁自堤頂插入海底相對較硬土層深15 m；采用雙管高壓及級配料灌漿工藝形成既能防滲又能抗沖刷隔墻。墻體強(qiáng)度：海底軟土區(qū)為3～5 MPa，堤坡防護(hù)區(qū)級配料灌漿強(qiáng)度為10～15 MPa。

4.5 雙管高壓旋噴樁及級配料灌漿的作用

樁的作用由三點(diǎn)：穩(wěn)定防護(hù)堤結(jié)構(gòu)，旋噴樁隔墻限制了堤底軟弱土層因流變特性引起堤腳外移；減緩沉降速率。因軟弱土層蠕變引起的堤身沉降過大，迫使土體結(jié)構(gòu)破壞，滑移；堤內(nèi)高壓旋噴樁形成防滲隔墻，阻止海水對沖填土體沖切和淘蝕。

5 結(jié)語

海港防護(hù)堤多處受風(fēng)暴潮的淘刷，堤坡出現(xiàn)了滑移和坍塌。經(jīng)過鉆探勘察、地質(zhì)雷達(dá)和電法探測及試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，分析了防護(hù)堤損壞的原因，通過研究制定了實施措施和加固方案。修復(fù)后經(jīng)過多年的實踐考驗，工程完好。同類工程可以借鑒應(yīng)用。

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