淺析淤泥質地基上堤塘工程沉降預留控制

毛丹紅,袁文喜,曾 甄

(浙江省水利水電勘測設計院,浙江 杭州 310002)

1 問題的提出

淤泥質軟土在我國分布廣泛,特別是遼東灣、渤海灣、黃河三角洲、萊州灣、海州灣及黃河三角洲,江蘇沿海、長江三角洲、浙閩港灣及珠江三角洲等地廣為分布。由于淤泥質土具有強度低、壓縮性高、滲透系數(shù)小、變形持續(xù)時間長等特點,在該地基上修筑堤塘工程的沉降問題一直備受關注。

目前,淤泥質地基上堤塘工程建設過程中普遍存在以下幾種典型情況:

(1)鎮(zhèn)壓平臺、消浪平臺等部位在沉降尚未穩(wěn)定的情況下就開始護面等剛性體施工,其預留沉降的控制往往由施工單位憑經(jīng)驗確定,未充分預留,導致平臺高程在驗收時達不到設計高程,面臨返工不現(xiàn)實而驗收又存在質量缺陷的兩難局面。

(2)堤身上部擋墻等重力式結構,砌筑施工時沉降預留不充分,在結頂施工時為保證驗收堤頂高程往往出現(xiàn)擋墻結構 “長高” 現(xiàn)象。

(3)工后預留沉降估計不足,在竣工驗收時或是運行一兩年后堤頂?shù)炔课坏母叱踢_不到設計要求。

本文結合類似工程的建設經(jīng)驗,對在淤泥質軟土地基上采用排水板技術條件下堤塘工程施工過程中預留沉降的控制問題從勘察設計、建設管理過程等方面進行幾點探討,以供其它類似工程參考。

2 堤塘工程沉降的計算與分析

2.1 勘測設計階段的沉降理論計算

軟土地基的總沉降量S∞通常包括瞬時沉降Sd、主固結沉降Sc和次固結沉降Ss,即S∞=Sd+Sc+Ss。瞬時沉降是在荷載實施后立即發(fā)生的沉降量,它是由剪切變形引起的;主固結沉降是指在主固結過程中產生的沉降量,是由水從孔隙中排出引起的;次固結沉降是土骨架在持續(xù)荷載下發(fā)生蠕變所引起的。由于在計算過程中瞬時沉降和次固結沉降較難通過理論計算得出,所以在SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》中推薦總沉降量按分層總和法進行計算,即通過計算主固結沉降,再用沉降計算經(jīng)驗系數(shù)修正,表達式為:

式中:S為最終沉降量,mm;n為壓縮層范圍的土層數(shù);e1i為第i土層在平均自重和平均附加固結應力作用下的孔隙比;e2i為第i土層在平均自重和平均附加應力作用下的孔隙比;hi為第i土層的厚度,mm;m為修正系數(shù)。

沉降量理論計算與地基土分層、各土層e-P曲線、土層壓縮深度以及地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)ms等有關,對于過程中的沉降量計算,還與加載曲線、土體固結度等因素有關。

2.2 施工階段的沉降監(jiān)測分析

按照堤塘工程相關設計規(guī)范的規(guī)定,施工過程中應根據(jù)工程建設需要設置沉降等一般性監(jiān)測項目,例如地表沉降監(jiān)測、地基分層沉降監(jiān)測等。原位的沉降觀測不僅能直接獲得堤塘建設過程中實際發(fā)生的沉降過程,還可以通過現(xiàn)場實測資料來推算沉降量與時間的關系。目前,地基沉降預測方法有很多種,如曲線擬合法、線性回歸法、灰色預測法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、時間序列法等。

2.3 設計沉降與沉降原位監(jiān)測的差異分析

規(guī)范推薦的分層總和法計算沉降,未考慮側向變形的影響,且規(guī)范上所提供的沉降修正系數(shù)均比較籠統(tǒng)、粗略,同時實際施工過程中加載情況、土體固結等情況往往與理論計算分析條件存在差異,因此,前期勘測設計階段的沉降過程曲線與實際原位觀測到的沉降過程存在偏差。堤塘工程建設過程中不能僅依據(jù)勘測設計階段確定的預留數(shù)值進行施工控制,而應結合施工實際及原位沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)采取動態(tài)的方式進行綜合分析后科學確定。

3 堤塘工程沉降預留控制方法的探討

3.1 沉降預留的時間因素

3.1.1 沉降穩(wěn)定的判定

沉降穩(wěn)定應從理論計算和原位監(jiān)測2個方面進行判定。理論計算認為,固結度大于70%的土體,固結引起的沉降大部分已基本完成;原位監(jiān)測認為,當?shù)躺硗馏w填筑后觀測沉降量小于8 mm/月時,沉降也已基本穩(wěn)定。

3.1.2 工后預留沉降的期限

建于淤泥質土上的堤塘工程,在工程完工后較長一段時間內,地基土仍處在緩慢固結壓縮過程中,產生工后沉降。為保證圍墾工程在運行期間滿足防潮(洪)標準,工后沉降量體現(xiàn)為預留超高。新建堤塘工程一般在完工后5～10 a沉降基本完成,同時堤塘工程在建成后10 a左右通常要進行安全鑒定,因此確定工后預留沉降的期限為10 a較為合理。

3.1.3 施工時序引起的沉降預留差異

由于通常建設的堤塘工程堤線較長,分段施工在加載時序上存在差異,為保證竣工時外觀質量,應考慮先期施工堤段與后施工堤段的沉降預留差異。

3.2 剛性體護面結構沉降預留控制

堤塘工程剛性護面結構(混凝土灌砌塊石擋墻、格梁、堤頂路面等)施工通常應在堤身完成后,且沉降變形達到基本穩(wěn)定后方可實施。即當?shù)躺沓两邓俾市∮? mm/月,可認為沉降變形已基本穩(wěn)定。然而,在實際工程建設過程中,往往因為施工進度等要求,沉降變形未能達到基本穩(wěn)定情況下就需要實施剛性護面結構,此時就應根據(jù)即時原位監(jiān)測資料推測工后10 a該部位的總沉降量,扣除已發(fā)生的沉降量,其差值作為施工時預留沉降量的控制值。對于堤線較長、地形地質條件較復雜的堤塘工程,還應根據(jù)設計斷面、施工組織安排等分段做好沉降預留預測分析。

3.3 堤頂工后預留沉降控制

堤頂工后預留沉降的確定應在澆筑堤頂?shù)缆芳胺览藟η?根據(jù)已觀測到的沉降資料,預測在防浪墻、堤頂路面結構層荷載以及其他未完成部分荷載作用下,工后10 a的堤頂中沉降量,扣除已發(fā)生的沉降量,其差值作為施工時堤頂工程預留沉降量的控制值。因此,勘測設計階段確定的堤頂工后預留沉降值應根據(jù)原位沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)進行調整。換言之,實際工期較原計劃工期提前的,堤頂工后預留沉降要酌情增大;實際工期較原計劃工期延遲的,堤頂工后預留沉降可酌情減少。

4 結 語

沉降預留控制是困擾淤泥質地基上堤塘工程施工質量的難題之一,本文通過勘測設計階段的沉降理論計算和施工階段的沉降監(jiān)測的差異對比,提出堤塘工程沉降預留控制方法,為今后類似堤塘工程的實施提供借鑒。