深圳沿海某地基工程土質(zhì)圍堰失穩(wěn)破壞原因分析及應(yīng)對措施研究

文/趙翔、石紫煜

1 陸域形成圍堰失穩(wěn)原理分析

深圳某沿海地區(qū)為軟土地基，主要由淤泥質(zhì)土或淤泥質(zhì)軟土組成，在場地地質(zhì)狀況較差情況下，回填過程中產(chǎn)生的擠淤等問題必然會(huì)影響圍堰的穩(wěn)定性。引起圍堰失穩(wěn)破壞的根本原因是軟弱地基中某個(gè)面上的剪應(yīng)力超過了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。造成失穩(wěn)主要有兩方面因素：一是由于剪應(yīng)力的增加，二是由于軟土地基本身抗剪強(qiáng)度的減小[1]。根據(jù)天然地基穩(wěn)定性分析，如果不采取任何地基處理措施，在原場地內(nèi)回填堆載，填土高度僅為2～3m 時(shí)，回填邊坡便達(dá)到極限穩(wěn)定狀態(tài)，繼續(xù)填土極易造成邊坡失穩(wěn)[2]。

2 工程背景

本文依托工程為深圳市某回填造陸工程，為了接納棄土以緩解深圳市棄土堆積的問題，本次回填造陸工程將不采用吹填方式，而選用土方回填堆載。本次回填造陸工程區(qū)域現(xiàn)狀主要為養(yǎng)殖魚塘，魚塘內(nèi)主要為流塑狀淤泥。養(yǎng)殖魚塘塘埂將本次圍填海區(qū)域同外海天然的分隔開來，但潮水漲落對魚塘埂穩(wěn)定性有一定影響。另外，養(yǎng)殖魚塘塘埂作為工程中臨時(shí)土圍堰結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性對工程質(zhì)量及進(jìn)度安排有較大影響，因此施工期間保持魚塘埂穩(wěn)定對工程施工有重要意義。

原狀塘埂主要由松散狀黏性土及回填的淤泥質(zhì)土組成，局部用塊石、廢棄砼小船護(hù)坡，揭露厚度2.1～3.6m，平均2.8m，塘堤、河堤標(biāo)高3.95～4.26m，堤底地層為流塑狀淤泥，堤上主要用于行人及運(yùn)載輕質(zhì)物料，現(xiàn)狀塘埂的臨海一側(cè)部分地段用塊石或廢棄砼小船護(hù)坡，除此無其他防護(hù)措施。

該回填區(qū)淤泥為飽和軟黏土，②1淤泥層厚度1.8～6.5m，平均4.61m，層底標(biāo)高-0.12～-5.29m；②2淤泥層厚度1.6～13.2m，平均5.55m，層底標(biāo)高-7.93～-11.35m，地下水位為2.03～2.42m。取流泥層及淤泥層若干樣品進(jìn)行抗剪強(qiáng)度測定，測得其抗剪強(qiáng)度處于2.6～23.7kPa，靈敏度處于1.1～3.4。由此可知，該區(qū)域淤泥靈敏度較高，當(dāng)受到擾動(dòng)或震動(dòng)時(shí)，其抗剪強(qiáng)度急劇下降，土體易產(chǎn)生滑移、沉陷，因此回填過程中塘埂極易發(fā)生失穩(wěn)破壞[3]。

3 影響土質(zhì)圍堰穩(wěn)定性主要因素

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，得出以下影響圍堰穩(wěn)定性的主要因素：

3.1 土質(zhì)圍堰的內(nèi)在因素

由庫倫抗剪強(qiáng)度理論可知，土體粘聚力和內(nèi)摩擦角對土質(zhì)圍堰穩(wěn)定性有較大影響。根據(jù)公式τ=σtanφ+c 可知，在其他影響因素不變的情況下，粘聚力c 越大，土體抗剪強(qiáng)度越大；同理，內(nèi)摩擦角φ 越大，抗剪強(qiáng)度越大[4]。而原狀塘埂主要由松散黏性土和淤泥質(zhì)土組成，流泥層和淤泥層內(nèi)摩擦角及凝聚力都較低，同時(shí)由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測得的土體抗剪強(qiáng)度也較低，容易發(fā)生剪切破壞等問題。

3.2 回填施工的工藝和速率

在土方回填堆載施工過程中，必然會(huì)對圍堰產(chǎn)生擠壓作用，而土方對圍堰的側(cè)向應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致土體剪應(yīng)力增加，將直接影響到圍堰的穩(wěn)定，因此施工工藝和回填速率對圍堰穩(wěn)定性有很大影響。施工過程應(yīng)控制回填速率，若回填速率過快，會(huì)造成回填土方對圍堰的擠壓力瞬間加大，使圍堰的受力狀態(tài)發(fā)生突變，改變圍堰的受力平衡，極易造成其失穩(wěn)破壞。

3.3 臨海河涌漲退潮的影響

由于土質(zhì)圍堰將回填區(qū)域與外海和臨海河涌分隔開，因此圍堰直接受海水潮汐影響。漲潮時(shí)，圍堰土體內(nèi)含水率變大，相應(yīng)的孔隙水壓力變大；而處于退潮狀態(tài)時(shí)，土體內(nèi)部水位下降速度會(huì)顯著滯后于外部，產(chǎn)生指向坡外的滲流。滲流的產(chǎn)生會(huì)使土體內(nèi)部剪應(yīng)力增加，極易產(chǎn)生滑動(dòng)面，影響土質(zhì)圍堰的穩(wěn)定性。

3.4 場區(qū)內(nèi)打樁作業(yè)及其他工程行為的影響

場區(qū)中存在砂樁打設(shè)作業(yè)和排水板打設(shè)作業(yè)會(huì)對圍堰產(chǎn)生一定影響，另外砂樁作業(yè)和大型機(jī)械移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生擠淤現(xiàn)象，砂樁作業(yè)時(shí)會(huì)擾動(dòng)軟土地基，且該區(qū)域淤泥靈敏度較高，受擾動(dòng)后容易造成圍堰失穩(wěn)破壞。

4 圍堰失穩(wěn)破壞現(xiàn)象

由于回填場區(qū)內(nèi)為流塑狀淤泥，在土方回填堆載過程中，回填土擠淤現(xiàn)象比較嚴(yán)重，加上機(jī)械推填擠壓作用，使圍堰產(chǎn)生了一定位移和沉降，進(jìn)而產(chǎn)生了裂縫，如圖1。

圖1 土質(zhì)圍堰施工中產(chǎn)生的細(xì)小裂縫

在后續(xù)回填施工過程中，回填魚塘南側(cè)圍堰在大雨過后出現(xiàn)了十余米段的劇烈變形，出現(xiàn)許多大型裂縫并產(chǎn)生巨大沉降，圍堰呈整體圓弧滑動(dòng)失穩(wěn)破壞。

根據(jù)GPS 位移監(jiān)測結(jié)果可知，圍堰開始呈勻速變形，在后續(xù)回填施工及惡劣天氣影響下，位移發(fā)生劇變后呈加速變形狀態(tài)，位移變形到一個(gè)極限值后便發(fā)生失穩(wěn)破壞。這說明圍堰的滑塌是一個(gè)過程性失穩(wěn)，在工程施工中位移情況可以有效反應(yīng)圍堰變形情況。

5 圍堰修復(fù)措施研究

圍堰失穩(wěn)破壞現(xiàn)象發(fā)生后，施工方積極調(diào)查原因并采取補(bǔ)救措施。其分析得出的原因大致是施工方為了打開后續(xù)施工工作面，不斷從后方陸域推進(jìn)回填，造成大量淤泥向圍堰涌去，而并未對圍堰采取相關(guān)保護(hù)措施；同時(shí)，在圍堰的裂縫產(chǎn)生后雖設(shè)有GPS每日監(jiān)測圍堰的位移數(shù)據(jù)，但并未足夠關(guān)注其變化。當(dāng)圍堰產(chǎn)生過量的位移時(shí)未采取持久有效的措施對圍堰進(jìn)行加固，也未嚴(yán)格按照回填施工要點(diǎn)進(jìn)行施工作業(yè)，對圍堰擠壓過于頻繁，在大雨的影響下，便造成了圍堰的垮塌。

當(dāng)圍堰出現(xiàn)較大裂縫時(shí)，施工方立即暫停了那片區(qū)域的回填施工，并對部分區(qū)域臨近圍堰的位置進(jìn)行減載開挖，開挖深度約為0.5m，并對較低的圍堰進(jìn)行加高。減載開挖是為了減少回填土對圍堰的推擠力，降低滑動(dòng)帶來的破壞。但由于圍堰失穩(wěn)狀態(tài)已經(jīng)產(chǎn)生，后續(xù)施工及天氣的擾動(dòng)極易引起滑塌，在大雨過后圍堰便發(fā)生了嚴(yán)重的滑塌。在圍堰失穩(wěn)破壞后，施工方立即安排工人在滑塌段進(jìn)行修補(bǔ)，往滑塌塘埂上翻填淤泥，晾曬固結(jié)一段時(shí)間后覆蓋一層土工布。由于淤泥的流塑性，固結(jié)時(shí)間較長，短期難以加高到原狀高度，也很難形成原狀塘埂的強(qiáng)度。同時(shí)，圍堰失穩(wěn)滑坡現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生，滑動(dòng)面也已經(jīng)形成，盲目加高極易發(fā)生進(jìn)一步滑塌。因此在一次大潮中，圍堰再一次滑塌，海水直接淹過已破壞的圍堰，進(jìn)入回填施工場地。海水倒灌對施工場地產(chǎn)生較大破壞，影響了回填施工進(jìn)度，同時(shí)加大了圍堰修復(fù)的難度。施工方后續(xù)也進(jìn)行了幾次圍堰加高處理，效果都不是很理想。為了不影響后續(xù)施工進(jìn)度，需采取經(jīng)濟(jì)可行的措施盡快將圍堰修復(fù)。施工方在反復(fù)實(shí)踐和討論研究后，在吸取前期修復(fù)措施的經(jīng)驗(yàn)下，制定了以下修復(fù)措施：

在退潮后，挖設(shè)排水溝并用抽水泵配合將進(jìn)入回填場區(qū)的海水排出后，將被淹過的場區(qū)加高至略高于設(shè)計(jì)高程，并打設(shè)塑料排水板進(jìn)行固結(jié)，板間間距為1m。在臨近圍堰的場區(qū)開挖0.5m 深、0.5m 寬的隔離溝，為后續(xù)圍堰修復(fù)加高預(yù)留足夠的側(cè)向擠出空間。

用土質(zhì)較好且干燥的A 類土將圍堰區(qū)域推填加高，并用小型推土機(jī)碾壓推平，碾壓時(shí)應(yīng)注意不能造成圍堰區(qū)域進(jìn)一步失穩(wěn)，同時(shí)在臨海側(cè)坡腳處下沉一些大型石塊，并進(jìn)行簡單護(hù)坡處理。

為防止圍堰再次產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，在圍堰上打設(shè)若干根長度為十余米的毛竹（長度大于淤泥層最大厚度），按矩形排列的方式沿著塘埂方向打設(shè)，打設(shè)時(shí)要求毛竹底部穿過軟弱淤泥層。同時(shí)，在加高修復(fù)后的圍堰區(qū)域鋪上一層土工布，減少潮汐對圍堰的影響。

在采取上述措施并在停止附近場區(qū)施工一個(gè)月期間內(nèi)，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，圍堰無明顯位移，也未發(fā)生任何滑移現(xiàn)象。在逐步恢復(fù)施工后，該段圍堰也未發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，表明修復(fù)措施取得了較好的成果。

6 結(jié)語

本文根據(jù)深圳某回填造陸工程中發(fā)生的土質(zhì)圍堰失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，對其失穩(wěn)的原因進(jìn)行分析，同時(shí)探討了圍堰修復(fù)措施方面的問題，為今后類似工程提供借鑒。在回填造陸工程中，圍堰的穩(wěn)定至關(guān)重要。在回填施工作業(yè)中，臨水圍堰穩(wěn)定性受多種因素影響，因此施工單位要選擇合理的施工工藝、合適的施工強(qiáng)度，同時(shí)要及時(shí)對圍堰進(jìn)行針對性加固。

圍堰失穩(wěn)前，一般會(huì)產(chǎn)生一定的沉降并出現(xiàn)裂縫和側(cè)向位移，然后裂縫個(gè)數(shù)及大小都會(huì)不斷增大，同時(shí)圍堰的側(cè)向位移呈加速變化，當(dāng)位移到一個(gè)極限值后，土體便沿某個(gè)滑動(dòng)面急劇下滑，形成失穩(wěn)破壞，因此施工過程要密切關(guān)注圍堰的穩(wěn)定情況。

施工中應(yīng)設(shè)立適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測其位移等變化，圍堰出現(xiàn)大型裂縫或者位移監(jiān)測出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)立刻停止附近區(qū)域大強(qiáng)度的施工作業(yè)，對圍堰進(jìn)行修復(fù)和進(jìn)一步加固。當(dāng)圍堰失穩(wěn)破壞情況發(fā)生后，由于失穩(wěn)狀態(tài)已經(jīng)形成，不要盲目加高修復(fù)圍堰，施工單位要針對失穩(wěn)的原因及時(shí)采取有效措施進(jìn)行修復(fù)。圍堰修復(fù)施工應(yīng)以便于實(shí)施、花費(fèi)較小、效果良好為原則，盡量降低因圍堰滑動(dòng)失穩(wěn)造成的影響，防止圍堰再次發(fā)生失穩(wěn)破壞。