海鹽東段圍涂二期工程預(yù)留沉降

徐艷萍，林芳華，裘文旭

(浙江水專工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，浙江杭州 310051)

1 工程概況

嘉興市海鹽東段圍涂工程圍墾工程位于錢塘江河口北岸灘涂上，主堤堤身采用土石混合結(jié)構(gòu)，即堤身填筑工程由塊石混合料拋石壩與閉氣土方組成;堤基處理采用塑料排水板(深度為18～24 m)排水固結(jié)方式;堤身總高度(建基面至擋浪墻頂高程)達到9～11 m.本工程海堤總長5 076 m，工程施工總工期為2 a，預(yù)留沉降考慮的年限為工程建成后20 a.

2 沉降理論分析

軟土地基的總沉降量S∞主要包括:瞬時沉降Sd、主固結(jié)沉降 Sc、次固結(jié)沉降 Ss，即 S∞=Sd+Sc+Ss.[1－2］其中:Sd—瞬時沉降，是指工作荷載實施后瞬間發(fā)生的沉降量，它是由剪切變形引起的沉降.

Sc—主固結(jié)沉降，是指在主固結(jié)過程中產(chǎn)生的沉降量，它是伴隨著排水固結(jié)而發(fā)生的沉降.

Ss—次固結(jié)沉降，是土石骨架在持續(xù)荷載下發(fā)生蠕變所引起的沉降.

在理論計算過程中，瞬時沉降和次固結(jié)沉降較難通過理論計算，根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL435－2008[3］中推薦，總沉降量按分層總和法計算，即通過計算主固結(jié)沉降，再用沉降計算經(jīng)驗系數(shù)修正，表達式為:

根據(jù)規(guī)范推薦，瞬時沉降一般為主固結(jié)沉降的20%～40%，次固結(jié)沉降一般為主固結(jié)沉降的5%～10%[2］.本工程考慮錢塘江河口軟基較沿海情況好得多，瞬時沉降系數(shù)選取小值20%;同時，考慮到整個海堤填筑進度較快(主荷載在1年內(nèi)完成，一般沿海海堤為3～4 a)，次固結(jié)沉降系數(shù)選取大值10%.最終，確定采用綜合修正系數(shù)為1.3.

在借鑒嘉興市海鹽東段圍涂一期工程原位觀測實際沉降曲線前提下，考慮到二期工程實際地質(zhì)情況，共選取了10個典型斷面進行了分析計算，堤身最大沉降量為1 442～1 929 mm.提出自完工驗收之日(2011年1月)起20年內(nèi)海堤預(yù)留沉降量為350～550 mm，即設(shè)計工后預(yù)留沉降量.

3 沉降原位觀測

3.1 沉降觀測布置

海鹽東段圍涂二期工程考慮到沿線5 km范圍內(nèi)地質(zhì)情況變化較大，分別在K1+600和K4+600處各布置一個原型觀測斷面.原型觀測斷面布置的項目主要包括基底及地基分層沉降觀測、側(cè)向變形觀測、地基孔隙水壓力觀測、地基十字板強度測試和圍堤浸潤線觀測[5］.同時，沿海堤每200 m布置一個沉降觀測斷面，主要就是基底沉降觀測[6］.本次主要對兩個原觀斷面和沿線觀測斷面的基底原位觀測成果來分析整個海堤沉降情況.

K1+600/S9、K4+600/S24兩個原位觀測斷面，每個斷面布置6個基底沉降觀測測點，普通沉降觀測斷面每個斷面布置3個基底沉降觀測測點，具體布置見圖1.

圖1 各沉降板埋設(shè)位置

3.2 加載階段劃分

本工程地基為深厚淤泥及淤泥質(zhì)粘土軟弱地基，堤身填筑遵循“薄層輪加”原則，嚴格控制加載速率，并保證必要的間歇時間.主要分為五級，第一層是排水碎石墊層，厚度在800 mm(由于作業(yè)條件所限，在第一層加載時尚未埋設(shè)沉降觀測設(shè)施);第二層為塊石混合料層(高程在▽3.0 m以下)厚度在2.4 ～2.9 m;第三層為▽ 3.0 ～5.4 m 塊石混合料和閉氣土方，層厚度在2.4 m左右;第四層為▽5.4～7.1 m 閉氣土方層，厚為 1.7 m;第五層為▽7.1 ～8.3 m 堤頂路基塘渣，層厚為1.8 m.

3.3 沉降原位觀測成果

(1)根據(jù)2011年2月觀測成果，二期工程27個斷面的最大沉降值為656～1 255 mm，詳見后表《海鹽東段圍涂二期工程工后沉降雙曲線擬合計算表》.

(2)K4+600沉降原型觀測斷面基底沉降和加載曲線見圖2.

4 沉降觀測成果分析

(1)由于埋設(shè)條件所限，沉降觀測設(shè)施是在排水碎石墊層鋪設(shè)完成后才埋置.因此，排水碎石墊層加載時的瞬時沉降和短時期固結(jié)沉降量，也就無法反映在實測累計沉降值數(shù)據(jù)中.

(2)在第一級荷載(指▽3.0 m以下)加載期間，海堤最大沉降速率為70 mm/d，平均沉降速率為0.4 ～26 mm/d.在二級(指▽7.1 m 以下)荷載加載期間，海堤最大沉降速率為37 mm/d，平均沉降速率為0.5～2 mm/d.最大沉降速率雖超過設(shè)計標準30 mm/d，但持續(xù)時間較短，并且未出現(xiàn)滑坡等失穩(wěn)情況.

圖2 K4+600沉降原型觀測斷面基底沉降和加載曲線

(3)根據(jù)2011－02－20觀測結(jié)果，對2個原觀斷面和25個普通斷面的最大沉降值進行統(tǒng)計，施工期間累計最大沉降量為656～1 255 mm.如果加上瞬時沉降量20%，均在原初步設(shè)計堤身沉降計算值內(nèi).

(4)2010－05，海堤進入直立擋墻墻身施工階段，根據(jù)前期沉降觀測成果，采用雙曲線法推算得2010－05－12施工期間的堤頂預(yù)留沉降值為61～241 mm，2012年1月以后20 a的沉降量約為205～764 mm.經(jīng)四方商議，結(jié)合一期工程實測沉降曲線情況下，考慮到當時沉降曲線尚未完全收斂，同時也考慮到施工后期尚有少量圬工結(jié)構(gòu)的荷載影響，對工后預(yù)留沉降值的推算值進行修正，修正系數(shù)經(jīng)綜合考慮確定為0.66，即修正后各斷面最大的工后沉降量為136～511 mm.綜合考慮經(jīng)濟和安全，設(shè)計工后預(yù)留沉降值仍按照初步設(shè)計確定的值來執(zhí)行，即按照350～550 mm.另外，對于施工期預(yù)留沉降，由于剩余施工期已經(jīng)很短，直接采用理論推算值(選取大值)來分段預(yù)留.

(5)根據(jù)2010－11—2011－02月期間四次觀測成果，對照原推算成果，修正系數(shù)基本在0.42～0.58之間，說明2010年5月份確定的修正系數(shù)0.66是比較合理的.另外，根據(jù)2010－06－12期間實測沉降量，均未超過施工期預(yù)留沉降量.

(6)根據(jù)2010－11－12沉降值采用雙曲線擬合推算2011年2月沉降值，對照2010－08(加載基本結(jié)束)與2011－02實測沉降量差，兩者平均誤差比率為11.5%.據(jù)此，采用2011年1月以后的沉降數(shù)據(jù)來擬合推算工后沉降量誤差比率將小于11.5%.為此，按照初設(shè)工后預(yù)留沉降值作為實際預(yù)留工后沉降量完全能達到設(shè)計標準.

5 預(yù)留沉降淺析

5.1 預(yù)留沉降劃分

海堤預(yù)留沉降量一般包括施工期預(yù)留沉降量和完工后設(shè)計工后預(yù)留沉降量兩部分.

兩部分預(yù)留沉降量劃分，根據(jù)起算時間點不同，一般有兩種理解.第一種是海堤圬工結(jié)構(gòu)成型時所預(yù)留的沉降量;第二種是設(shè)計明確的或者是經(jīng)合同雙方約定的某一個時間節(jié)點的預(yù)留沉降量.海鹽東段二期工程是按照第二種方法來確定，即設(shè)計明確為2011－01－01，要求在2011－01－01對斷面進行測量時要求實際高程不低于(設(shè)計標高+工后預(yù)留超高).

5.2 預(yù)留沉降量確定

(1)工后預(yù)留沉降確定

預(yù)留沉降主要以設(shè)計確定的值為參考，根據(jù)類似工程經(jīng)驗和原位觀測沉降曲線來分析確定的.

海鹽二期圍涂工程根據(jù)實測沉降曲線，采用雙曲線擬合推算預(yù)留工后沉降量，具體如下:根據(jù)2011年2月份觀測結(jié)果，推算20年后沉降量，采用雙曲線法進行擬合，即.式中有兩個未知數(shù)，即 S和a.在實測沉降量 ～ 時間曲線尾部，取St1、t1、和St2、t2代入上式，可聯(lián)列方程式求解得S和a.

海鹽二期圍涂27個沉降觀測斷面的最大沉降值一般為Sn－3(普通斷面)或Sn－4(原觀斷面)，以2010－12和2011－02實測沉降值，采用雙曲線法進行擬合推算得出整個海堤各個斷面的最大沉降量為717～1 543 mm，見表1.如果加上瞬時沉降量20%，換算后的海堤最大沉降量應(yīng)為853～1 852 mm.與初步設(shè)計理論計算最大沉降量1 442～1 929 mm，上限基本吻合，下限差別較大，分析主要是由于地質(zhì)勘探密度偏大，而在實際施工中碰到承載力較好的透鏡體地質(zhì)層影響.

表1 海鹽東段圍涂二期工程工后沉降雙曲線擬合計算表

(2)施工期預(yù)留沉降確定

施工期預(yù)留沉降原則上由施工單位自行確定，報監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計審核確定.施工期預(yù)留沉降的推算方法按照雙曲線擬合推算方法也是可行的，在主荷載已經(jīng)加載完成的情況下，應(yīng)該說是具有足夠的安全裕度的.但是，此時因為尚有主荷載未全部加載，還應(yīng)考慮主荷載加載對沉降曲線變陡的影響.

(3)預(yù)留沉降確定要注意事項

結(jié)合海鹽圍涂二期工程建設(shè)經(jīng)驗，海堤建設(shè)過程中特別要注重以下幾點:

①海堤堤基勘探工作要加強，基礎(chǔ)處理要嚴格按照設(shè)計標準實施到位.

②海堤堤身加載要均衡上升，減少施工期間預(yù)留的缺口段，避免缺口段的集中加載導致堤身的不均勻沉降甚至失穩(wěn).

③與排澇閘等水工建筑物的連接，應(yīng)采取妥善過渡措施，以減少整個海堤的不均勻沉降，保證整個海堤完工后沉降基本均勻，每個斷面的沉降曲線基本一致，盡量減少不均勻沉降，避免堤身圬工結(jié)構(gòu)因不均勻沉降而產(chǎn)生起伏、開裂，甚至破壞.

④海堤預(yù)留沉降要合理，以理論計算為指導，沉降觀測為依據(jù)，結(jié)合常用方法推算工后預(yù)留沉降，確保海堤標高能滿足設(shè)計標準，并兼顧經(jīng)濟性.

⑤工后預(yù)留沉降，應(yīng)由設(shè)計明確一個時間節(jié)點，明確施工期預(yù)留沉降和工后預(yù)留沉降的劃分時間節(jié)點.

⑥加強完工(竣工)后的運行管理工作，尤其是沉降觀測工作必須要連續(xù)，為1∶1實地模型提供完整數(shù)據(jù)，為理論分析提供依據(jù)，為后期建設(shè)打下基礎(chǔ).

6 結(jié)語

浙江省圍涂工程起步較早，尤其是近10年來眾多的圍涂工程的興建，為理論分析圍涂工程的預(yù)留沉降提供了大量的數(shù)據(jù)樣本.隨著2008年《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL534－2008的出臺，為圍涂工程的海堤工程預(yù)留沉降分析確定了規(guī)范的分析計算方法.但是，由于圍涂工程復(fù)雜性，必須理論聯(lián)系實際，在海堤等結(jié)構(gòu)成型前應(yīng)不斷地以實測成果來修正理論分析，將多種因素包括安全因素、經(jīng)濟因素、堤基處理方式因素、加載順序和加載節(jié)點因素、堤身結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計標準等等進行有機結(jié)合，使沉降預(yù)留的確定更具安全性、經(jīng)濟性與合理性.

[1]甘友文，沈旭升.水利計價模式下圍海工程施工合同風險分配條款的研究[J］.浙江水利科技，2005(3):48 －50.

[2]甘友文，李運濤.灘涂圍墾工程中沉降工程量變化原因及對策分析[J］.水利水電技術(shù)，2011，42(11):92 －94.

[3]中華人民共和國水利部.SL435－2008海堤工程設(shè)計規(guī)范[S］.北京:中國水利水電出版社，2008.

[4]浙江省水利廳.浙江省海塘技術(shù)規(guī)定[S/OL］.2011－09－29[2013 －01 －20］.http://wenku.baidu.com/view/20caeb31396 8011ca30091fa.html.

[5]張啟岳.土石壩觀測技術(shù)[M］.北京:水利電力出版社，1993.

[6]張 勇，常立峰.江南海涂圍墾工程軟土地基處理設(shè)計[J］.黑龍江水利科技，2007，35(6):63－65.