海堤堤基沉降處理與穩(wěn)定性分析
——以東莞市交椅灣某海堤工程為例

陳嘉穎

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510630)

基于我國淺海開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，各種大型海堤工程已建成或正在建設(shè)，其主要包括圍海造地、海港建設(shè)、防波堤等。由于沿海廣泛分布著軟弱黏性土層，具有含水量高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等特點(diǎn)，基于此類軟弱地基修建海堤工程極易產(chǎn)生較大的沉降，且沉降延續(xù)時(shí)間較長，直接威脅海堤運(yùn)行安全。為此，在海堤工程施工期間，必須要加強(qiáng)海堤堤基沉降處理，將沉降變形控制在規(guī)范要求內(nèi)，保證后期海堤工程發(fā)揮應(yīng)有的防護(hù)作用。

1 工程概況

本工程為東莞市新建交椅灣板塊段剩余南部約4.73 km段海堤，設(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)100 a一遇，永久護(hù)岸工程(含水閘)的安全等級(jí)為1級(jí)，工程建設(shè)段臨時(shí)護(hù)岸工程的安全等級(jí)為3級(jí)。本工程采用復(fù)式斷面堤型(陡墻—斜坡式堤)，堤防前坡主要采用二級(jí)觀海平臺(tái)(寬5.0 m)+框格草皮護(hù)坡(坡比1∶3)。堤頂設(shè)置7.4 m寬道路，為C30混凝土路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)堤頂高程為4.5 m，二級(jí)平臺(tái)頂高程為2.5 m，防浪墻頂高程為5.0 m。堤頂每隔50.0 m布置一道3.0 m寬的彩磚人行步道至二級(jí)平臺(tái)。

本工程堤防下地基軟弱層主要為淤泥，軟塑為主，局部流塑或可塑。分布較連續(xù)，所有鉆孔均有揭露。鉆孔揭露厚度3.10～10.70 m，平均厚度 6.90 m，頂板高程-3.15～2.05 m，底板高程-9.20～5.98 m。淤泥層以下為黏土層，接著是淤泥質(zhì)層，物理力學(xué)指標(biāo)均較差[1-2]。

2 海堤堤基沉降處理措施

2.1 處理方案

為減少堤身及擋墻等結(jié)構(gòu)的沉降，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，同時(shí)針對(duì)本工程中海堤堤線較長，地基處理范圍廣的特點(diǎn)，結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)堤身范圍內(nèi)的堤基采用塑料排水板作為豎向排水體，與堤身自重加載預(yù)壓相結(jié)合進(jìn)行處理。

堤身前期先采用施工平臺(tái)預(yù)壓，平臺(tái)頂高程為2.20 m。同時(shí)為保證排水板的排水通暢性及基礎(chǔ)沉降的均勻性，在排水板施打之前，在堤身位置先布置兩層砂陂并設(shè)一層單向高強(qiáng)度土工格柵，然后填砂至排水板設(shè)計(jì)頂高程。考慮到平均低潮位時(shí)護(hù)岸坡腳處淤泥不露出水面，滿足親水岸線的景觀需求等因素，迎水面拋石及混凝土格柵在砂被沉降穩(wěn)定后，統(tǒng)一布置在平均低潮位以下。

2.2 處理措施

(1)豎向排水體選擇。豎向排水體一般采用砂井或塑料排水板，本工程采用塑料排水板，其主要優(yōu)點(diǎn)是材料質(zhì)地均勻可靠，排水效果穩(wěn)定，單孔過水?dāng)嗝娲螅潘畷惩ǎ|(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐久性好，施工方便，是一種較理想的豎向排水體，應(yīng)用越來越廣泛[3]。

(2)施工平臺(tái)建設(shè)。本工程在迎海面的堤身外側(cè)拋填膜袋砂至2.20 m高程形成施工平臺(tái)，利用平臺(tái)在堤身填筑范圍采用履帶式插板機(jī)插打排水板，施工期平臺(tái)迎海側(cè)做好防護(hù)，且平臺(tái)高程在平均高潮位以上，插打排水板施工基本不受風(fēng)浪影響。

(3)塑料排水板打設(shè)。塑料排水板的打設(shè)深度與土層分布、地基中附加應(yīng)力的大小、建筑物對(duì)地基變形及穩(wěn)定性的要求以及施工期限等因素有關(guān)。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，淤泥層厚度大部分在5～8 m，加上下層黏土、淤泥質(zhì)土層厚8～15 m，插板穿透流泥/淤泥或淤泥混砂層并進(jìn)入下臥中粗砂層0.5 m，排水板間距1.0 m，正方形布置。

3 海堤穩(wěn)定與沉降計(jì)算

3.1 海堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算

(1)計(jì)算斷面。從地質(zhì)資料看，本項(xiàng)目堤線所在位置軟土地層較為深厚，多數(shù)堤段淤泥、淤泥質(zhì)等軟土層深度超過13.0 m，最危險(xiǎn)滑弧一般出現(xiàn)在深層滑動(dòng)。本工程堤基軟土層分層亦較為平緩，因此，按海堤結(jié)構(gòu)型式類型選取典型地質(zhì)橫剖面計(jì)算。

本工程二級(jí)平臺(tái)以下采用預(yù)制混凝土管樁支承，管樁深入至地基持力層(砂礫層)1.00 m，對(duì)海堤整體深層滑動(dòng)穩(wěn)定是有利的，可阻止滑弧入口往前推移。因此，計(jì)算時(shí)，對(duì)該區(qū)域軟土的抗剪指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)提高，以符合實(shí)際情況[4]。

(2)計(jì)算工況。本工程施工期安全穩(wěn)定計(jì)算工況以地基土排水固結(jié)措施完成3個(gè)月以后的工況為準(zhǔn)。另外，本工程新建堤與原有塘埂的距離約40.0 m，施工平臺(tái)排水固結(jié)后新建堤與原塘埂區(qū)域可直接推填，堤后填筑高程為4.5 m，幾乎與堤頂路面齊平，堤后坡不存在安全滑動(dòng)隱患，無須再考慮堤身背海坡的抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

海堤整體穩(wěn)定計(jì)算工況及水位組合見表1。

表1 臨海坡穩(wěn)定計(jì)算工況及水位組合 m

(3)計(jì)算方法。邊坡穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB/T 51015—2014)，采用瑞典圓弧滑動(dòng)法。

(4)計(jì)算結(jié)果。各計(jì)算斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果如下：①海堤各計(jì)算斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果：臨海坡安全系數(shù)K：施工期(堤基已完成固結(jié)措施)工況：1.430；運(yùn)行工況：1.353；水位降落：1.348；地震：1.380。②海堤 2.20 m 施工平臺(tái)各計(jì)算斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果：施工期工況：背海坡安全系數(shù)K：1.934；臨海坡安全系數(shù)K：1.282。

3.2 海堤沉降計(jì)算

(1)計(jì)算方法。根據(jù)規(guī)范GB/T 51015—2014推薦的分層總和法,采用地基各土層的e～p曲線計(jì)算；同時(shí)按照《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T D31-02—2013)與《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3610—2019)推薦方法計(jì)算任意時(shí)刻地基的沉降，由此可以計(jì)算各分級(jí)加載下的沉降量以及竣工后任意時(shí)刻的殘余沉降量，并形成圍堤盆形沉降曲線。

(2)計(jì)算工況。沉降計(jì)算應(yīng)包括堤頂中心線處堤身和堤基的最終沉降量和工后沉降量。荷載計(jì)算條件取低潮位均值-0.543 m。

根據(jù)規(guī)定，公路軟土地基路堤在基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降量不應(yīng)超過0.5 m。為滿足工后殘余沉降不超過0.5 m的控制標(biāo)準(zhǔn)，堤身地基采用打排水板加快基礎(chǔ)固結(jié)，排水板的長度由計(jì)算確定。根據(jù)本工程的具體情況、用地性質(zhì)，堤壩沉降按50 a設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期計(jì)算。

(3)計(jì)算斷面。根據(jù)地質(zhì)斷面及堤身斷面型式選擇。

(4)計(jì)算成果。海堤斷面沉降計(jì)算結(jié)果見表2。本次計(jì)算斷面的堤身部位由于施打了排水板，能滿足基準(zhǔn)期殘余沉降量<0.5 m和竣工期平均固結(jié)度>0.8的要求。堤身部位施工后殘余沉降較小，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，堤身部位預(yù)留沉降10 cm。

表2 海堤斷面沉降計(jì)算成果 m

施工平臺(tái)結(jié)束以后，由于樁體深入砂層，二級(jí)平臺(tái)沉降減緩。二級(jí)平臺(tái)后堤身沉降與施工平臺(tái)存在一定的沉降差，施工過程中采取堤身分層填筑施工以及平臺(tái)頂面預(yù)留施工口，后期填筑減少沉降差的影響。

實(shí)際施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)海堤施工過程的沉降觀測，根據(jù)實(shí)際沉降觀測成果修正計(jì)算，預(yù)測工后殘余沉降和預(yù)留各部位超高。

4 結(jié) 語

在軟土地基上修建海堤工程時(shí)，由于軟土具有不均勻性、低強(qiáng)度、低透水性以及高壓縮性，極易出現(xiàn)沉降變形問題，引發(fā)嚴(yán)重后果。基于此，在海堤建設(shè)時(shí)，必須結(jié)合區(qū)域工程地質(zhì)特性，合理制定堤基沉降處理方案，落實(shí)相關(guān)工程處理措施與穩(wěn)定性分析工作，為海堤工程后期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。