下洋涂圍墾工程子堤滑移原因及處治

馮行友

(寧?？h水利局，浙江寧海 315600)

1 工程概況

1.1 工程情況

寧海縣下洋涂圍墾工程位于浙江海岸中部的三門(mén)灣北部，距寧?？h城30 km，東臨白礁洋，南瀕滿山洋、貓頭洋，西界胡陳港，北靠長(zhǎng)街保衛(wèi)塘與青珠塘農(nóng)場(chǎng)海塘，與寧海縣長(zhǎng)街鎮(zhèn)相接.三門(mén)灣是淤積型海灣，面朝東海，是一個(gè)半封閉的網(wǎng)袋狀港灣.

下洋涂是寧?？h最大的灘涂資源，下洋涂圍墾工程是寧波市農(nóng)業(yè)單體投資項(xiàng)目最大的建設(shè)工程.圍墾面積為35 867 ha，堤線總長(zhǎng)17.347 km，分為西堤、南堤、東堤，配套擋潮閘8座，總凈寬162 m，工程概算總投資14.84億元.下洋涂圍墾工程，工程設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅲ等，海堤、水閘等主要建筑物為3級(jí)［1］，海堤防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇設(shè)計(jì)高潮迭加50年一遇風(fēng)浪組合設(shè)計(jì)，水閘擋潮標(biāo)準(zhǔn)同海堤，水閘排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇.本工程于2007年12月開(kāi)工，設(shè)計(jì)三個(gè)龍口，其中1#、2#龍口于2010年4月合攏，3#龍口于2010年5月合攏，施工工期為5年零2個(gè)月，目前已基本完成主堤的迎潮面結(jié)構(gòu)、閉氣土方和子堤拋石體施工，施工進(jìn)度比較順利，基本按施工進(jìn)度計(jì)劃推進(jìn)，整個(gè)工程已達(dá)到施工期度汛標(biāo)準(zhǔn).

1.2 氣象水文

1.2.1 氣 象

本工程地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和.多年平均降雨量為1 655 mm，降水主要集中在3～9月，約占全年的80%.本地區(qū)受季風(fēng)環(huán)流影響大，冬天盛行偏北風(fēng)，夏天多偏南風(fēng).多年平均風(fēng)速在口門(mén)外海約5.0 m/s.海塘沿岸主要自然災(zāi)害有臺(tái)風(fēng)、洪澇和干旱.在盛夏季節(jié)，熱帶風(fēng)暴(臺(tái)風(fēng))活動(dòng)頻繁，影響三門(mén)灣的臺(tái)風(fēng)平均1.8次/a.

1.2.2 潮 汐

本工程海域?yàn)榈湫桶敕忾]海灣，屬非正規(guī)半日潮.灣內(nèi)潮差較大，平均潮差多處可達(dá)4 m以上，是東南沿海主要強(qiáng)潮區(qū)之一.潮流運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流，灣內(nèi)漲潮歷時(shí)一般都大于落潮歷時(shí)，且落潮流速大于漲潮流速，成為維持港灣水深的有利條件.在下洋涂區(qū)域，多年平均高潮位為2.46 m(高程為1985國(guó)家基準(zhǔn)，下同)，多年平均低潮位-1.76 m，平均潮位0.30 m，平均潮差4.23 m.

1.2.3 設(shè)計(jì)潮位

本工程設(shè)計(jì)潮位采用小可嶼站作為依據(jù)，結(jié)合附近長(zhǎng)期潮位站比較分析，得出本工程50年一遇設(shè)計(jì)最高潮位5.19 m，50年一遇設(shè)計(jì)最低潮位為-3.92 m.龍口汛期10年一遇高潮位為4.52 m，堵口非汛期5年一遇高潮位為3.76 m.

1.2.4 設(shè)計(jì)暴雨

本工程設(shè)計(jì)24 h、3 d暴雨采用附近車岙站統(tǒng)計(jì)分析成果，20年一遇最大24 h暴雨為225 mm，最大3 d暴雨為302 mm.

1.2.5 設(shè)計(jì)風(fēng)速與設(shè)計(jì)波浪

本設(shè)計(jì)按《海港水文規(guī)范》《浙江省工程技術(shù)規(guī)定》等有關(guān)規(guī)范，參照工程鄰近的石浦氣象站和大陳島海洋站觀測(cè)資料，對(duì)工程波浪設(shè)計(jì)要素進(jìn)行綜合分析，并考慮了外海浪和局部風(fēng)浪在局部段的共同作用，其中以海堤南側(cè)風(fēng)浪為較大，設(shè)計(jì)風(fēng)速(SE-SSE向)取為 33.0 m/s，堤前設(shè)計(jì)波要素H13%為4.09 m，H1%為破碎波高 4.14 m，平均波高為2.98 m.

1.3 工程地質(zhì)條件

本工程地勘依據(jù)工程地質(zhì)勘察規(guī)程有關(guān)規(guī)定進(jìn)行勘察［2-3］.根據(jù)初設(shè)階段勘探成果，海堤沿線勘探孔深度約在30～45 m，經(jīng)勘察揭露，沿程地基土層分布較均勻，屬軟土地基.其中南堤勘探孔控制最大深度45.4 m，堤基土主要有海相沉積的軟土層和沖～海相沉積的硬土層，主要分為3個(gè)地質(zhì)層、11個(gè)亞層，分別為1-1層淤泥、1-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、2-1層淤泥質(zhì)粘土、2-2層淤泥、2-3層淤泥質(zhì)粘土、2-4a層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、2-4b層粉質(zhì)粘土夾粉土、2-5層淤泥質(zhì)粘土、3-1層粉質(zhì)粘土、3-2層粉砂夾粉質(zhì)粘土、3-3層粉質(zhì)粘土.軟土層主要為淤泥或淤泥質(zhì)土［4］.軟土層為高含水量、高壓縮性、高靈敏性、低強(qiáng)度的軟土，物理力學(xué)性質(zhì)差.硬土層位于軟土層之下，主要包括粉質(zhì)粘土和粉砂夾層.粉質(zhì)粘土為含水量中等、中壓縮性、軟可塑狀、強(qiáng)度中等的粘性土層，粉砂夾層為稍密～中密狀態(tài)、中等適水土層，物理力學(xué)性質(zhì)較好.南堤由于接近外海，受島嶼影響較小，軟土沉積厚度較大.在勘察深度內(nèi)未揭穿，軟土地質(zhì)較均勻，極易使堤基造成過(guò)大沉降.根據(jù)靜力觸探和十字板測(cè)試，在堤基表層普通存在厚2.0 m左右，強(qiáng)度特別低，物理力學(xué)性質(zhì)差的淤泥，錐尖阻力qc=0.1～0.2 MPa，個(gè)別孔位為0.03 m 層，十字板強(qiáng)度 Cn=3 ～6 kPa，含水量為57.9%.

2 子堤滑移原因分析

2.1 子堤滑移產(chǎn)生

根據(jù)老圍區(qū)養(yǎng)殖戶強(qiáng)烈要求，在南區(qū)排水閘未發(fā)揮功能前，應(yīng)保留一條圍區(qū)進(jìn)排潮流通道，以滿足圍區(qū)供排水需要.位于南堤的南區(qū)排水閘于3月底拆除，并于4月上旬開(kāi)通排水，發(fā)揮閘門(mén)應(yīng)有排水擋潮功能.南區(qū)排水閘開(kāi)通后，立即對(duì)原保留潮流通道樁號(hào)為12+200～12+600地段的海堤和子堤進(jìn)行填筑封堵，于5月初完成封堵，海堤分層填筑至4.0 m高程，子堤一次性填筑達(dá)到設(shè)計(jì)2.0 m高程，并對(duì)護(hù)塘地加高至設(shè)計(jì) -0.5 m高程，同時(shí)對(duì)后坡閉氣土方施工加高至2.5 m高程以上.此時(shí)，該地段子堤仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，為考慮安全穩(wěn)定需要，該地段暫緩施工.2010年6月13日，位于南堤的12+280～12+580的子堤拋石體向護(hù)塘地側(cè)發(fā)生滑移跡象，最大位移為10 m，其余部位為3～6 m不等，最大沉降為1.5 m左右，平均為1 m.

2.2 子堤滑移產(chǎn)生的主要原因分析

2.2.1 灘涂沖深使堤基原狀土破壞，產(chǎn)生子堤失穩(wěn)現(xiàn)象

該地段原涂面高程為-1.5～1.7 m之間，隨著海堤逐漸圍攏，待該地段拋填時(shí)，配套南共排水閘尚未開(kāi)通排水的情況下，受內(nèi)塘養(yǎng)殖供排水及圍區(qū)潮流影響，原涂面受圍區(qū)水沖刷嚴(yán)重并形成槽流溝，高程相應(yīng)降低到-3 m以下，最深達(dá)到-5.4 m的高程.由于該地段堤基原狀土受破壞，在護(hù)塘地土方填筑至-0.5 m尚未固結(jié)情況下，為了度汛需要搶進(jìn)度趕工，加快子堤拋石體施工，并且采用立拋施工方法推進(jìn)，基本完成子堤拋石，緊接著閉氣土方施工，加大子堤上部和側(cè)向荷載，造成子堤失穩(wěn).海堤施工設(shè)計(jì)斷面圖見(jiàn)圖1～圖2.

2.2.2 圍區(qū)水位驟降使堤內(nèi)土體浸潤(rùn)線無(wú)法迅速下降，加快了子堤失穩(wěn)的產(chǎn)生

由于內(nèi)塘養(yǎng)殖需要，老圍區(qū)養(yǎng)殖排水至新圍區(qū)，致使新圍區(qū)水位抬高，如果新圍區(qū)水位不及時(shí)下降，將影響老圍區(qū)養(yǎng)殖排水.因此，養(yǎng)殖戶要求新圍區(qū)緊急排水，并在相當(dāng)短的時(shí)段內(nèi)迅速降低圍區(qū)水位，而外海側(cè)是大潮汛時(shí)期，形成內(nèi)外側(cè)水位差過(guò)大，而堤內(nèi)土體的浸潤(rùn)線無(wú)法迅速下降，致使加快子堤失穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生.

2.3 堤身土方一次性填筑過(guò)高使土體荷載過(guò)大，加重了子堤滑移的產(chǎn)生

由于內(nèi)塘養(yǎng)殖供排水的影響，3#龍口堤基按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行保護(hù)后不能滿足圍區(qū)養(yǎng)殖排水，該地段在南排大閘未開(kāi)通前暫緩封堵，不能如期按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行閉氣土方施工.為滿足度汛要求，在南排閘開(kāi)通后，突擊加快了該地段子堤上的閉氣土方施工，并且土方含水量大，造成土方填筑加荷速率過(guò)快，加荷過(guò)高并最大高于設(shè)計(jì)1.5 m，其余為1.0～0.8 m不等，因此，增加子堤滑移的主動(dòng)荷載.

3 安全穩(wěn)定分析

3.1 復(fù)核初步設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算

(1)計(jì)算公式

根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》(以下稱《規(guī)定》)和《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］，當(dāng)圍堤施工歷時(shí)較長(zhǎng)，地基土受到堤身荷載產(chǎn)生部分固結(jié)時(shí)，宜采用瑞典圓弧滑動(dòng)面固結(jié)有效應(yīng)力法，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) k按《規(guī)定》5.2.8條計(jì)算.

(2)水位組合

計(jì)算工程本次主要計(jì)算工程正常運(yùn)行，向內(nèi)側(cè)滑動(dòng):外水位是臺(tái)風(fēng)期大潮平均高潮位2.94 m，內(nèi)水位是南片水位0.60 m.

(3)灘地采用各計(jì)算段灘面平均高程計(jì)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位穩(wěn)定計(jì)算分析結(jié)果:南堤填高至0.5～-0.5 m高程即可.

(4)地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)

南堤設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)，見(jiàn)表1.

表1 南堤設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)取用值表

堤身部分石料按重度17.5 kW/m3，粘聚力C=0 kPa，摩擦角Ф=40°取用;堤身閉氣土方按重度16.7 kW/m3，粘聚力 C=4.5 kPa，摩擦角 Ф =2°取用;

(5)計(jì)算結(jié)果

南堤樁號(hào)12+484，地質(zhì)鉆孔號(hào)為K220，其堤身穩(wěn)定安全系數(shù)k:臨潮坡為1.23，背水坡為1.21.由此，堤身穩(wěn)定安全系數(shù)均大于《規(guī)定》的要求值.

(6)計(jì)算復(fù)核

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告十字板測(cè)試結(jié)果，按《規(guī)定》計(jì)算公式(5.3.8-4)，并考慮到地基強(qiáng)度固結(jié)增長(zhǎng)，對(duì)海塘整體抗滑穩(wěn)定進(jìn)行了復(fù)核.計(jì)算結(jié)果，安全系數(shù)k值與固結(jié)前有效應(yīng)力法k值相近，并稍大，滿足規(guī)范要求.南堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù):計(jì)算代表斷面 ZK212，背水坡 1.23;計(jì)算代表斷面ZK219，背水坡1.25，安全系數(shù)滿足穩(wěn)定要求.

3.2 根據(jù)三個(gè)成因進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算

(1)計(jì)算公式

應(yīng)采用瑞典圓弧滑動(dòng)面固結(jié)有效應(yīng)力法，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)k按《規(guī)定》5.2.8條計(jì)算.

(2)水位組合

正常運(yùn)行工況下，向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)的外海側(cè)水位:大潮平均高潮位取2.94 m，內(nèi)側(cè)水位:圍區(qū)排水后的涂面高程.

(3)灘地采用滑移后的實(shí)測(cè)高程計(jì)

(4)地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù):同初步設(shè)計(jì)采用的地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)

(5)計(jì)算結(jié)果

樁號(hào)12+280～12+580，地質(zhì)鉆孔號(hào)ZK221，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)k為背水坡0.77，取灘涂面高程為-5.4 m.因此，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足穩(wěn)定要求.

3.3 采取工程措施后穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)滑移后穩(wěn)定計(jì)算，安全系數(shù)不能滿足穩(wěn)定要求，因此對(duì)滑移地段進(jìn)行加固處理，加固施工圖見(jiàn)圖1～圖2.加固后穩(wěn)定計(jì)算:

(1)計(jì)算公式采用瑞典圓弧滑動(dòng)面固結(jié)有效應(yīng)力法，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)k按《規(guī)定》5.2.8條計(jì)算.

(2)水位組合正常運(yùn)行情況下，向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)的外海側(cè)水位:大潮平均高潮取2.9 m，內(nèi)側(cè)水位:圍區(qū)排水后的涂面高程.

(3)灘地采用加固后的高程計(jì).

(4)地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù):同初步設(shè)計(jì)采用的南堤地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)(見(jiàn)本文3.1.4).

(5)滑移地段進(jìn)行加固后抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果:樁號(hào)12+280～12+580，安全系數(shù) k背水坡為1.206，安全系數(shù)滿足穩(wěn)定要求.

4 處理措施

4.1 工程性措施

(1)根據(jù)安全穩(wěn)定要求，采取工程性加固處理措施.具體加固方案:在子堤內(nèi)側(cè)護(hù)塘地上采取拋填塊石鎮(zhèn)壓的辦法，拋塊石至0.5 m高程，寬度為18 m的鎮(zhèn)壓層，并以1∶2斜坡至灘涂面，并要求塊石鎮(zhèn)壓層厚度不小于2.5 m.加固方法:對(duì)鎮(zhèn)壓層用拋石進(jìn)行加固至設(shè)計(jì)高程以上并預(yù)留沉降超高量，再加固子堤至設(shè)計(jì)高程.

(2)對(duì)后坡的閉氣土方填筑高于設(shè)計(jì)要求的要及時(shí)進(jìn)行削坡處理，以加快土體固結(jié)，使坡后土體處于穩(wěn)定狀態(tài)，并保證子堤處于安全穩(wěn)定狀態(tài).

(3)修復(fù)子堤至原設(shè)計(jì)斷面，待子堤相對(duì)穩(wěn)定后，再進(jìn)行后坡閉氣土方施工.要求按設(shè)計(jì)進(jìn)行薄層輪加方法施工，填筑層厚控制在30～50 m之間，盡可能采用干燥粘土，自下而上施工，待下層土方基本固結(jié)后再進(jìn)行上部加荷，嚴(yán)格控制加荷速率，并及時(shí)將堆積的土方進(jìn)行整平再上部加荷.

4.2 非工程性措施

(1)嚴(yán)格控制圍區(qū)水位，按照調(diào)水制度進(jìn)行供排水，不能出現(xiàn)水位驟降現(xiàn)象.

(2)控制后坡土方填筑速度和土方含水量.

(3)在施工期限制載重車輛通行，以防再次產(chǎn)生滑移現(xiàn)象.

(4)加強(qiáng)滑移地段沉降觀測(cè)，及時(shí)分析觀測(cè)成果，一旦產(chǎn)生異?，F(xiàn)象采取有效措施.

5 結(jié)語(yǔ)

本工程子堤滑移問(wèn)題，經(jīng)過(guò)原因分析，安全穩(wěn)定驗(yàn)算，采取了工程性措施和非工程性措施，取得較好效果，消除堤壩施工不安全因素，確保工程順利進(jìn)行.建議在軟土地基的圍墾工程施工中，應(yīng)防止類似滑移情況發(fā)生，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)，認(rèn)真分析施工不利因素，注重施工方法和施工工藝，確保施工安全.

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL 252-2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2000.

［2］長(zhǎng)江委長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.SL/T 188-2005堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)水利部.SL 291-2003水利水電工程鉆探規(guī)程［S］.上海:上海人民美術(shù)出版社，2003.

［4］南京水利科學(xué)研究院.SL 237-1999土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.遼寧:遼寧民族出版社，1999.

［5］中華人民共和國(guó)水利部.SL-435-2008海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008.