填海造地工程圍堤失穩(wěn)原因分析及應(yīng)對(duì)措施

胡 鈾，孔令臣，闞衛(wèi)明

（1.中海油海西寧德工業(yè)區(qū)開發(fā)有限公司，福建 寧德 352100；2.中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300461）

0 引言

近年來，沿海城市港口建設(shè)突飛猛進(jìn)，岸線和土地資源變得越來越珍貴，圍海造陸工程隨之迅速發(fā)展。

案例工程屬于典型的開山填海造地項(xiàng)目，為進(jìn)行后方回填，并防止海域污染及填料流失，首先需要在外部修建圍堤。本工程在陸域場(chǎng)區(qū)回填基本達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)出現(xiàn)圍堤失穩(wěn)，圍堤滑動(dòng)破壞嚴(yán)重，失去掩護(hù)作用，如不盡快分析原因、制定修復(fù)方案，將給工程后方回填的繼續(xù)施工造成極大困擾，先前的回填料將遭海水浸泡、淘刷，污染海域，并給周邊魚蝦養(yǎng)殖帶來較大經(jīng)濟(jì)損失。

本文以該工程為例，對(duì)工程施工中發(fā)生的圍堤失穩(wěn)進(jìn)行分析并提出應(yīng)對(duì)措施，可為其他類似工程提供借鑒意義。

1 工程概述

工程總平面布置如圖1所示，工程規(guī)模主要為：修筑圍堤1 447.7 m；開山（取土區(qū)） 造地16.1萬m2，開挖方量約298.7萬m3；填海造地45.5萬m2，回填方量約247.1萬m3。右上角為開山造地區(qū)，其余區(qū)域?yàn)樘詈Ｔ斓貐^(qū)，填海區(qū)淤泥層較厚，南側(cè)和東側(cè)為新建圍堤，南圍堤長(zhǎng)1 110.86 m，東圍堤長(zhǎng)336.84 m，在工程范圍內(nèi)布置3條臨時(shí)施工通道，圍堤和施工通道內(nèi)回填開山土石形成陸域。

場(chǎng)內(nèi)施工道路Ⅰ為環(huán)繞填海造地區(qū)西側(cè)和北側(cè)邊線的施工道路，場(chǎng)內(nèi)施工道路Ⅱ和Ⅲ為填海造地區(qū)內(nèi)的施工道路，主要是為了將填海造地區(qū)劃分成塊，以利于多點(diǎn)多面展開回填施工。填海造地區(qū)內(nèi)結(jié)合已有魚塘（B區(qū)和D區(qū)）以及場(chǎng)內(nèi)施工道路Ⅱ和Ⅲ，將整個(gè)區(qū)域劃分成A~E共5個(gè)回填分區(qū)。

本工程圍堤采用斜坡式結(jié)構(gòu)，斷面如圖2所示，鋪設(shè)砂墊層，打設(shè)塑料排水板加固地基[1]，堤心采用大型充砂袋結(jié)構(gòu)，外側(cè)為100~150 kg塊石護(hù)面。

2 施工中出現(xiàn)的圍堤局部失穩(wěn)情況

2010年12月09日15∶00-17∶00期間，該圍堤出現(xiàn)圓弧滑動(dòng)破壞，特別是合龍口段破壞嚴(yán)重。

塌陷破損時(shí)的潮位為高潮（3.50 m） 落潮到原泥面（-0.5 m）時(shí)；晴少云、微風(fēng)、微浪。

2.1 塌陷破損前的工程情況

1） 圍堤整體結(jié)構(gòu)已基本施工完畢，堤頂標(biāo)高約為5.3 m。

2）圍堤后方陸域已回填至標(biāo)高5.0 m左右。

2.2 圍堤破壞后的情況

圍堤整體呈平面弧形向外滑動(dòng)，圍堤外側(cè)肩臺(tái)及護(hù)底處泥面明顯拱起（見圖3）。

原圍堤堤頂滑動(dòng)到了設(shè)計(jì)圍堤肩臺(tái)位置處，堤頂最大水平位移約8 m，最大沉降約3 m（見圖4）。

圍堤軸線后25～30 m位置陸域出現(xiàn)斷層式裂縫，錯(cuò)層高度約為2.0 m。

2.3 圍堤滑動(dòng)的后果

本工程圍堤滑動(dòng)段長(zhǎng)度約350 m，圍堤位移量大，圍堤破壞程度十分嚴(yán)重，原圍堤基本失去掩護(hù)作用，圍堤滑動(dòng)引起的后果主要有：

1） 原圍堤充砂袋堤心遭嚴(yán)重破壞，圍堤護(hù)面塊石被擠向外海，圍堤復(fù)原修復(fù)工程量很大；

2）圍堤滑動(dòng)后，無法對(duì)內(nèi)部回填區(qū)形成掩護(hù)條件，一旦潮水漫堤進(jìn)入后方，將使后方填土被嚴(yán)重浸泡，大大阻礙回填區(qū)的后續(xù)施工；

3） 無掩護(hù)條件下，一旦高潮進(jìn)水，后方填土將遭到浸泡、沖刷，大量填土將流向海域，對(duì)海域造成很大污染，對(duì)周邊魚蝦養(yǎng)殖區(qū)將帶來較大經(jīng)濟(jì)損失。

3 圍堤滑動(dòng)原因分析

1） 本工程合龍口施工時(shí)，因材料到貨滯后，存在一定程度的施工過緩，另外，主要是本工程合龍口位置為該地區(qū)多年的河道位置，上游流水不間斷，且量大，進(jìn)一步加劇了施工難度。

該段圍堤合龍口施工時(shí)，受水流影響嚴(yán)重，下方砂墊層全被沖走，塑料排水板也遭到破壞，塑料排水板破壞后，周邊圍堤已施工多層堤心，排水板打設(shè)機(jī)難以運(yùn)至此處，補(bǔ)打板難度很大。最終導(dǎo)致合龍口（寬30 m）范圍內(nèi)的地基土未得到良好加固。

2） 因工程初期地質(zhì)勘察點(diǎn)較少，導(dǎo)致山體的土石比及土體分層、埋深等情況無法明確。工程實(shí)際施工時(shí)，未達(dá)到預(yù)期的石料采出要求，致使圍堤外護(hù)面的壓護(hù)施工嚴(yán)重滯后，并間接導(dǎo)致圍堤后方施工通道及臨近陸域的回填工期被延誤。

另外，當(dāng)?shù)赜昙緯r(shí)間長(zhǎng)，工期內(nèi)降雨天數(shù)超過70 d，工程受降雨影響嚴(yán)重。

受上述情況影響，工程總體工期被嚴(yán)重壓縮。為了滿足年底完工的要求，趕工速度過快，施工單位不斷從后方陸域推進(jìn)回填，致使大量淤泥不斷涌向圍堤附近。特別是在施工臨時(shí)通道Ⅱ時(shí)，直接將通道的端頭位置推進(jìn)到了距離圍堤僅剩余20 m的距離，周邊有大量淤泥涌向圍堤，在施工通道兩側(cè)各有40 m寬的淤泥帶推擠圍堤（圖5）。

3） 整個(gè)圍堤砂墊層施工時(shí)，采用的砂質(zhì)滲透系數(shù)偏小，對(duì)下方地基土孔隙水的排出造成不利影響，從孔隙水壓力歷時(shí)曲線（圖6）分析得出地基的固結(jié)情況不理想[2]。

4） 由于圍堤外側(cè)護(hù)面的施工沉降預(yù)留量不足，造成外護(hù)面在沉降后，標(biāo)高多處未達(dá)標(biāo)，外側(cè)壓護(hù)存在不足，造成圍堤的穩(wěn)定力矩減小[3]。

5） 后方陸域的回填，要求被擠出的淤泥需清除，局部采用喂料的方式進(jìn)行拋填，并要求淤泥上部的回填覆蓋層不小于2 m，但實(shí)際施工時(shí)以上問題仍然存在并難以解決。

6） 圍堤施工中，砂墊層卸料堆存過高，對(duì)圍堤下方地基土造成一定擾動(dòng)，塑料排水板打設(shè)設(shè)備對(duì)砂墊層有一定碾壓破壞。

1.圖畫內(nèi)容生動(dòng)有趣，能充分引起學(xué)生共鳴。小學(xué)低年級(jí)學(xué)生在自控能力上的表現(xiàn)仍與高年級(jí)學(xué)生存在一定差距，因此，教師必須保證實(shí)際教學(xué)內(nèi)容可以吸引學(xué)生的關(guān)注，輔助低年級(jí)學(xué)生將注意力集中到課堂上來。以《我爸爸》這本書為例，這一繪本封面主要描繪了一位穿著睡衣的爸爸在做著可笑的鬼臉，這樣的形象能很好的讓學(xué)生聯(lián)系到自己的爸爸，進(jìn)而對(duì)繪本中的內(nèi)容產(chǎn)生興趣。

7） 由于圍堤施工受阻，為搶工期，圍堤加載過快，沉降過大，導(dǎo)致局部地基不穩(wěn)[4]。

基于以上原因，在堤身內(nèi)外較高水頭差的情況下，本段圍堤發(fā)生了失穩(wěn)。

4 事故處理方案及解決措施

圍堤滑動(dòng)后立即采取的主要措施是在原圍堤軸線位置用開山土石進(jìn)行回填，以修復(fù)圍堤，防止高潮位進(jìn)水。

4.1 修復(fù)方案初定

1） 原設(shè)計(jì)圍堤內(nèi)側(cè)堤角位置處，開挖隔離排水溝，溝底標(biāo)高1.0～1.5 m。若排水溝內(nèi)出現(xiàn)淤泥，必須進(jìn)行清挖。

2） 圍堤繼續(xù)進(jìn)行修復(fù)，回填開山石，拋石擠淤，以圍堤的主動(dòng)破壞來達(dá)到最終平衡。

3）排水溝后側(cè)做20 m寬的加固帶，進(jìn)行碾壓，并在加固帶后側(cè)設(shè)若干集水井，及時(shí)排除孔隙水，確保加固帶及加固帶后側(cè)已形成陸域的土體穩(wěn)定。

4.2 修復(fù)方案實(shí)際施工中出現(xiàn)的問題

在拋石堤建設(shè)過程中，該段圍堤外側(cè)肩臺(tái)破壞變形較嚴(yán)重，主要破壞形式為肩臺(tái)裂縫、斷層較多，肩臺(tái)外側(cè)不斷拱起，內(nèi)側(cè)沉降較大，肩臺(tái)內(nèi)傾。

圍堤外部大量塊石超出規(guī)劃紅線，并且肩臺(tái)、護(hù)底及外部淤泥拱起后標(biāo)高在3.0 m左右。

原因分析：1） 新建拋石堤下仍有淤泥大量擠出，圍堤還未達(dá)到穩(wěn)定平衡，在淤泥推擠力和底部淤泥的擠出帶動(dòng)下，肩臺(tái)外移，受到牽拉，出現(xiàn)大量裂縫并內(nèi)傾，裂縫主要集中在肩臺(tái)與圍堤的接觸地帶。2）因現(xiàn)有肩臺(tái)為原來的老圍堤，本身滑動(dòng)后標(biāo)高在3.5 m左右，加上后期淤泥擠出引起的肩臺(tái)拱起，造成肩臺(tái)處本身的滑動(dòng)破壞，內(nèi)部出現(xiàn)斷裂溝及圍堤內(nèi)傾。

處理方案：在圍堤外肩臺(tái)內(nèi)側(cè)圍堤上層邊坡外2 m，開挖深2 m、寬2 m的隔離溝，然后圍堤堤頂繼續(xù)加高施工至6.5 m，保證預(yù)留足夠的后期沉降量，與此同時(shí)，對(duì)肩臺(tái)外側(cè)拱起帶進(jìn)行開挖整平，同時(shí)對(duì)外側(cè)超紅線的塊石進(jìn)行回挖。

開挖隔離溝的目的：1）為后側(cè)圍堤回填預(yù)留足夠的側(cè)方擠出空間，阻斷對(duì)前方肩臺(tái)的推擠力；2） 作為后側(cè)圍堤回填時(shí)的淤泥擠出通道，緩解淤泥對(duì)前方的推擠力和淤泥擠出帶動(dòng)力；3）對(duì)肩臺(tái)局部產(chǎn)生的圓弧滑動(dòng)破壞進(jìn)行后方卸載，阻止進(jìn)一步的滑動(dòng)破壞。

4.3 最終滑動(dòng)段圍堤的修復(fù)方案

1） 對(duì)征地紅線以外的場(chǎng)地勾挖表層塊石用于后方圍堤護(hù)面層的施工，但這部分場(chǎng)地勾挖后最終標(biāo)高不得低于2.5 m，并須嚴(yán)格控制；

2） 圍堤外坡控制如下：沿原設(shè)計(jì)圍堤軸線外2.5 m為陸域邊線，按照1∶2放坡到肩臺(tái)，肩臺(tái)標(biāo)高根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況取3.0～3.5 m，肩臺(tái)寬度20 m，此時(shí)肩臺(tái)外邊線距征地紅線2.5～3.5 m，此段根據(jù)最終外側(cè)場(chǎng)區(qū)標(biāo)高進(jìn)行自然放坡。

4.4 修復(fù)方案實(shí)施

本工程制定的圍堤修復(fù)方案總體來說，施工內(nèi)容簡(jiǎn)單、易行，便于在短時(shí)間內(nèi)組織實(shí)施。實(shí)際修復(fù)施工時(shí)組織土石方運(yùn)輸車輛20余輛，裝載機(jī)4臺(tái)，挖掘機(jī)3臺(tái)，圍堤加高防潮施工在5 h內(nèi)完成，總體修復(fù)在48 h內(nèi)完成，修復(fù)投資約為70萬元。

經(jīng)過圍堤回填修復(fù)和外部肩臺(tái)的整理，最終本段圍堤的最終修復(fù)斷面尺寸如圖7所示。

5 結(jié)語

本文圍繞圍堤失穩(wěn)的原因分析及處理方案進(jìn)行了敘述，對(duì)圍堤修復(fù)的實(shí)施及今后類似工程提供借鑒。

1） 本工程缺乏山體組成研究，造成塊石材料供應(yīng)不足，嚴(yán)重影響了圍堤外部壓護(hù)的施工，今后類似工程應(yīng)在設(shè)計(jì)前期對(duì)海域、陸域布設(shè)足夠的工程地質(zhì)勘探點(diǎn)，對(duì)地質(zhì)勘探情況做詳盡了解，以求合理安排材料來源。

2） 工程工期的制定，應(yīng)充分考慮氣候等外部因素，制定切實(shí)可行的實(shí)施計(jì)劃，以免原定工期被壓縮，出現(xiàn)趕工情況，影響工程質(zhì)量。

3） 本工程砂墊層的砂質(zhì)滲透系數(shù)偏小，是圍堤滑動(dòng)的原因之一，施工中關(guān)鍵材料的取用一定要嚴(yán)格把控。

4） 圍堤修復(fù)施工應(yīng)以便于組織實(shí)施，投資較小，簡(jiǎn)單，易行為原則，盡量降低因圍堤滑動(dòng)造成的影響。

[1] 王新強(qiáng)，許佳，陳潔，黃湛威.圍堤工程大型充砂袋高效施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2010（2）：58-59.

[2] 方磊夫，楊如盆，喬建軍.超孔隙水壓力速效排水固結(jié)法在沿海地基處理中的應(yīng)用[J].建筑施工，2012（2）：121-122.

[3]JTS147-1—2010，港口工程地基規(guī)范[S].

[4] 肖策，褚絲緒，姜云龍，李劍.塑料排水板堆載預(yù)壓法在軟基處理中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012，41（356）：64-68.