排水板處理七姓涂圍涂工程軟土地基的效果分析

熊夢(mèng)婕,程建議

(1.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院,江蘇 南京 210024;2.江西省鄱陽(yáng)縣水利局,江西 鄱陽(yáng) 333100)

1 工程概況及地質(zhì)條件

七姓涂圍涂工程位于寧波市北侖區(qū)南部海域,工程等別為Ⅲ等。海堤建筑物為3級(jí),設(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇;10 a一遇設(shè)計(jì)高潮位為3.84 m,50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位西堤4.30m、南堤4.40 m。設(shè)計(jì)海堤長(zhǎng)度為10510 m,最大堤高約10 m。海堤地基采用塑料排水板加固。

堤基土主要有4個(gè)地質(zhì)層、7個(gè)亞層,分別為Ⅱ1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,Ⅱ2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、Ⅲ1層淤泥質(zhì)黏土、Ⅲ2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、Ⅳ1層粉質(zhì)黏土和Ⅳ2層黏土。區(qū)域上部軟土層位較為均勻,下部地段有些層位不穩(wěn)定,特別是下覆的老黏土層和基巖起伏大。堤線地基淺層為飽和的Ⅱ1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及Ⅱ2層淤泥質(zhì)黏土,分布廣,厚度大。Ⅱ2層淤泥質(zhì)黏土,土性較差,下覆的Ⅲ層淤泥質(zhì)土及Ⅳ層軟土層,強(qiáng)度低,壓縮性高。土層劃分情況見(jiàn)表1。

表1 地基土層劃分表

2 海堤軟基處理方法及監(jiān)測(cè)方案[1-3]

根據(jù)固結(jié)理論,黏性土固結(jié)所需的時(shí)間和排水距離的平方成正比,土層越厚,固結(jié)延續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。

為了加速土層固結(jié),最有效的方法是增加土層的排水途徑。根據(jù)海涂軟基的特殊地質(zhì)條件,設(shè)計(jì)采用塑料排水板為豎向排水體,形成豎向排水通道,土層的孔隙水主要從水平向流向豎向排水板,再通過(guò)排水板排入水平排水體即涂面上的碎石墊層體內(nèi)。從而形成豎向和水平向立體排水通道。在堆載加荷后,有豎向排水體的設(shè)置,加速了土體的固結(jié)速率,并加速了地基的固結(jié)沉降,以達(dá)到在施工期完成海堤的主固結(jié)沉降,減少工后沉降的效果。海涂面上鋪設(shè)土工布,主要起隔離作用,以減少海涂施工的不均勻沉降,并對(duì)筑堤石料的側(cè)移有一定的約束作用。

為保證海堤施工期的穩(wěn)定,合理調(diào)整、安排海堤建設(shè)工期,實(shí)時(shí)控制、調(diào)整加載速率,在海堤施工期進(jìn)行了全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。共設(shè)置3個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面和16個(gè)次監(jiān)測(cè)斷面,主斷面間距約2500 m,次斷面間距500 m。主斷面樁號(hào)分別為2+500,5+000,7+500 m,每個(gè)主斷面分別設(shè)地表沉降監(jiān)測(cè)、地基分層沉降監(jiān)測(cè)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。次斷面僅設(shè)地表沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。每一斷面設(shè)地表沉降測(cè)點(diǎn)4個(gè),地基分層沉降管3孔、每孔8個(gè)測(cè)點(diǎn),孔隙水壓力3孔、每孔8個(gè)測(cè)點(diǎn),水平位移測(cè)斜管2孔。監(jiān)測(cè)主斷面布置見(jiàn)圖1。

圖1 海堤監(jiān)測(cè)主斷面布置圖

3 海堤填筑控制技術(shù)警戒標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)此海堤的規(guī)模及地基土層的地質(zhì)情況,參考同類(lèi)工程控制標(biāo)準(zhǔn),在海堤分層填筑前初步確定海堤填筑控制技術(shù)警戒標(biāo)準(zhǔn)為:沉降小于30 mm/d,加載引起的超靜孔隙水壓力值小于該處附加應(yīng)力的0.6,水平位移小于6 mm/d。在每一標(biāo)段的每一層填筑完成后,根據(jù)實(shí)測(cè)的堤基沉降、水平位移及超靜水壓力的大小、變化過(guò)程等與堤的穩(wěn)定狀況進(jìn)行全面分析,適時(shí)調(diào)整填筑速度及各層之間的填筑間隔時(shí)間。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析[4-5]

4.1 沉 降

實(shí)測(cè)各監(jiān)測(cè)斷面相同部位的沉降過(guò)程與沉降量基本相同,主觀測(cè)斷面(2+500 m)的沉降過(guò)程線見(jiàn)圖2。在海堤開(kāi)始填筑并沉降板埋設(shè)后的第355 d,T1、T2、T3、T4測(cè)點(diǎn)的沉降分別為1.1,1.8,1.0,0.7 m。沉降最大的為位于堤軸線上的T2測(cè)點(diǎn),其余依次為T(mén)1、T3、T4該點(diǎn),與測(cè)點(diǎn)處的堤高成正比關(guān)系,沉降量分布狀況正常。加荷填筑速率的大小,對(duì)沉降量的影響明顯,加載后3 d內(nèi),沉降增量較大,特別是在初次加荷時(shí),一般均有顯著的沉降。如圖2所示,T1、T2測(cè)點(diǎn)在海堤初次填筑約1m后的3 d內(nèi),沉降量均為200 mm,超出技術(shù)警戒值30 mm/d,經(jīng)檢查,堤基是穩(wěn)定的。

圖2 堤基地表沉降過(guò)程線圖

4.2 孔隙水壓力

實(shí)測(cè)3個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面相同部位的孔隙水壓力與變化過(guò)程基本相同,圖3為主觀測(cè)斷面(2+500 m)在堤軸線處測(cè)孔的實(shí)測(cè)孔隙水壓力過(guò)程線。由圖可知,因加載后的超靜孔隙水壓力影響,各測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力均明顯同步上升。加荷后,靠近地表的P8測(cè)點(diǎn)的超靜孔隙水壓力最大增加近20 kPa,接近附加應(yīng)力。隨著孔隙水通過(guò)豎向排水通道逐漸排出,超靜孔隙水壓力逐漸消散,約10 d后可降至附加應(yīng)力的60%以?xún)?nèi),約30 d后,超靜孔隙水壓力可基本消散。

圖3 堤基孔隙水壓力過(guò)程線圖

4.3 水平位移

實(shí)測(cè)3個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面相同部位的堤基水平位移與變化過(guò)程也基本相同,圖4為主觀測(cè)斷面(2+500 m)在堤腳處測(cè)孔的實(shí)測(cè)水平位移個(gè)典型時(shí)間的分布圖。由圖4可知,實(shí)測(cè)的水平位移最大為約120 mm,發(fā)生在涂面下5 m處,產(chǎn)生水平位移的深度為涂面以下24 m深度。堤基水平位移量較小,最大位移平均值僅約0.6 mm/d。即使在加荷期間,堤基也未發(fā)生較大的水平位移,其實(shí)測(cè)水平位移量也一直小于技術(shù)警戒值6mm/d。

圖4 堤基水平位移分布圖

5 填筑速度控制及技術(shù)警戒標(biāo)準(zhǔn)探討

由于在海堤初次填筑時(shí)沉降速率、超靜孔隙水壓力系數(shù)均超出技術(shù)警戒值,但因水平位移量較小。經(jīng)檢查,堤基是穩(wěn)定的,表明堤基的沉降、水平位移及超靜孔隙水壓力應(yīng)同時(shí)全面監(jiān)測(cè)、綜合分析評(píng)價(jià)。但仍建議在初次填筑時(shí),海堤的填筑層厚可適當(dāng)減薄。因堤基每一級(jí)加載產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力均在約30 d后可基本消散,海堤填筑間隔期的堤基沉降也在技術(shù)警戒值內(nèi),特別是水平位移較小,原計(jì)劃的填筑間隔期較長(zhǎng),建議適當(dāng)縮短,以節(jié)省投資。因每級(jí)加載初期堤基的超靜孔隙水壓力均較大,每一層的填筑厚度控制極為重要,建議在施工中全過(guò)程嚴(yán)格控制填筑層厚。

因海堤初次填筑時(shí)沉降量、沉降速率與正常填筑時(shí)沉降量、沉降速率有所不同,在堤外側(cè)水平位移較小時(shí),海堤初次填筑時(shí)的沉降技術(shù)警戒值可適當(dāng)提高,必要時(shí),可分時(shí)段設(shè)置沉降技術(shù)警戒值。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)圍涂工程可采用塑料排水板加固海堤地基,為控制加載速度,保持海堤穩(wěn)定,應(yīng)在施工期對(duì)堤基的沉降、水平位移及孔隙水壓力進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

(2)海堤初次填筑時(shí)的沉降量、沉降速率均較大,填筑層厚應(yīng)適當(dāng)減薄。

(3)堤基的沉降、水平位移及超靜孔隙水壓力應(yīng)同時(shí)全面監(jiān)測(cè)、綜合分析評(píng)價(jià),在保持海堤穩(wěn)定的同時(shí),可即時(shí)調(diào)整加載速率,縮短建設(shè)工期。

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