海堤堤基沉降處理與穩(wěn)定性分析
——以東莞市交椅灣某海堤工程為例

陳嘉穎

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510630)

基于我國淺海開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，各種大型海堤工程已建成或正在建設(shè)，其主要包括圍海造地、海港建設(shè)、防波堤等。由于沿海廣泛分布著軟弱黏性土層，具有含水量高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等特點，基于此類軟弱地基修建海堤工程極易產(chǎn)生較大的沉降，且沉降延續(xù)時間較長，直接威脅海堤運(yùn)行安全。為此，在海堤工程施工期間，必須要加強(qiáng)海堤堤基沉降處理，將沉降變形控制在規(guī)范要求內(nèi)，保證后期海堤工程發(fā)揮應(yīng)有的防護(hù)作用。

1 工程概況

本工程為東莞市新建交椅灣板塊段剩余南部約4.73 km段海堤，設(shè)計防潮標(biāo)準(zhǔn)100 a一遇，永久護(hù)岸工程(含水閘)的安全等級為1級，工程建設(shè)段臨時護(hù)岸工程的安全等級為3級。本工程采用復(fù)式斷面堤型(陡墻—斜坡式堤)，堤防前坡主要采用二級觀海平臺(寬5.0 m)+框格草皮護(hù)坡(坡比1∶3)。堤頂設(shè)置7.4 m寬道路，為C30混凝土路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計堤頂高程為4.5 m，二級平臺頂高程為2.5 m，防浪墻頂高程為5.0 m。堤頂每隔50.0 m布置一道3.0 m寬的彩磚人行步道至二級平臺。

本工程堤防下地基軟弱層主要為淤泥，軟塑為主，局部流塑或可塑。分布較連續(xù)，所有鉆孔均有揭露。鉆孔揭露厚度3.10～10.70 m，平均厚度 6.90 m，頂板高程-3.15～2.05 m，底板高程-9.20～5.98 m。淤泥層以下為黏土層，接著是淤泥質(zhì)層，物理力學(xué)指標(biāo)均較差[1-2]。

2 海堤堤基沉降處理措施

2.1 處理方案

為減少堤身及擋墻等結(jié)構(gòu)的沉降，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，同時針對本工程中海堤堤線較長，地基處理范圍廣的特點，結(jié)合類似工程的經(jīng)驗，對堤身范圍內(nèi)的堤基采用塑料排水板作為豎向排水體，與堤身自重加載預(yù)壓相結(jié)合進(jìn)行處理。

堤身前期先采用施工平臺預(yù)壓，平臺頂高程為2.20 m。同時為保證排水板的排水通暢性及基礎(chǔ)沉降的均勻性，在排水板施打之前，在堤身位置先布置兩層砂陂并設(shè)一層單向高強(qiáng)度土工格柵，然后填砂至排水板設(shè)計頂高程?？紤]到平均低潮位時護(hù)岸坡腳處淤泥不露出水面，滿足親水岸線的景觀需求等因素，迎水面拋石及混凝土格柵在砂被沉降穩(wěn)定后，統(tǒng)一布置在平均低潮位以下。

2.2 處理措施

(1)豎向排水體選擇。豎向排水體一般采用砂井或塑料排水板，本工程采用塑料排水板，其主要優(yōu)點是材料質(zhì)地均勻可靠，排水效果穩(wěn)定，單孔過水?dāng)嗝娲?，排水暢通，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐久性好，施工方便，是一種較理想的豎向排水體，應(yīng)用越來越廣泛[3]。

(2)施工平臺建設(shè)。本工程在迎海面的堤身外側(cè)拋填膜袋砂至2.20 m高程形成施工平臺，利用平臺在堤身填筑范圍采用履帶式插板機(jī)插打排水板，施工期平臺迎海側(cè)做好防護(hù)，且平臺高程在平均高潮位以上，插打排水板施工基本不受風(fēng)浪影響。

(3)塑料排水板打設(shè)。塑料排水板的打設(shè)深度與土層分布、地基中附加應(yīng)力的大小、建筑物對地基變形及穩(wěn)定性的要求以及施工期限等因素有關(guān)。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，淤泥層厚度大部分在5～8 m，加上下層黏土、淤泥質(zhì)土層厚8～15 m，插板穿透流泥/淤泥或淤泥混砂層并進(jìn)入下臥中粗砂層0.5 m，排水板間距1.0 m，正方形布置。

3 海堤穩(wěn)定與沉降計算

3.1 海堤抗滑穩(wěn)定計算

(1)計算斷面。從地質(zhì)資料看，本項目堤線所在位置軟土地層較為深厚，多數(shù)堤段淤泥、淤泥質(zhì)等軟土層深度超過13.0 m，最危險滑弧一般出現(xiàn)在深層滑動。本工程堤基軟土層分層亦較為平緩，因此，按海堤結(jié)構(gòu)型式類型選取典型地質(zhì)橫剖面計算。

本工程二級平臺以下采用預(yù)制混凝土管樁支承，管樁深入至地基持力層(砂礫層)1.00 m，對海堤整體深層滑動穩(wěn)定是有利的，可阻止滑弧入口往前推移。因此，計算時，對該區(qū)域軟土的抗剪指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)提高，以符合實際情況[4]。

(2)計算工況。本工程施工期安全穩(wěn)定計算工況以地基土排水固結(jié)措施完成3個月以后的工況為準(zhǔn)。另外，本工程新建堤與原有塘埂的距離約40.0 m，施工平臺排水固結(jié)后新建堤與原塘埂區(qū)域可直接推填，堤后填筑高程為4.5 m，幾乎與堤頂路面齊平，堤后坡不存在安全滑動隱患，無須再考慮堤身背海坡的抗滑穩(wěn)定計算。

海堤整體穩(wěn)定計算工況及水位組合見表1。

表1 臨海坡穩(wěn)定計算工況及水位組合 m

(3)計算方法。邊坡穩(wěn)定計算根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》 (GB/T 51015—2014)，采用瑞典圓弧滑動法。

(4)計算結(jié)果。各計算斷面抗滑穩(wěn)定計算成果如下：①海堤各計算斷面抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果：臨海坡安全系數(shù)K：施工期(堤基已完成固結(jié)措施)工況：1.430；運(yùn)行工況：1.353；水位降落：1.348；地震：1.380。②海堤 2.20 m 施工平臺各計算斷面抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果：施工期工況：背海坡安全系數(shù)K：1.934；臨海坡安全系數(shù)K：1.282。

3.2 海堤沉降計算

(1)計算方法。根據(jù)規(guī)范GB/T 51015—2014推薦的分層總和法,采用地基各土層的e～p曲線計算；同時按照《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T D31-02—2013)與《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3610—2019)推薦方法計算任意時刻地基的沉降，由此可以計算各分級加載下的沉降量以及竣工后任意時刻的殘余沉降量，并形成圍堤盆形沉降曲線。

(2)計算工況。沉降計算應(yīng)包括堤頂中心線處堤身和堤基的最終沉降量和工后沉降量。荷載計算條件取低潮位均值-0.543 m。

根據(jù)規(guī)定，公路軟土地基路堤在基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降量不應(yīng)超過0.5 m。為滿足工后殘余沉降不超過0.5 m的控制標(biāo)準(zhǔn)，堤身地基采用打排水板加快基礎(chǔ)固結(jié)，排水板的長度由計算確定。根據(jù)本工程的具體情況、用地性質(zhì)，堤壩沉降按50 a設(shè)計基準(zhǔn)期計算。

(3)計算斷面。根據(jù)地質(zhì)斷面及堤身斷面型式選擇。

(4)計算成果。海堤斷面沉降計算結(jié)果見表2。本次計算斷面的堤身部位由于施打了排水板，能滿足基準(zhǔn)期殘余沉降量<0.5 m和竣工期平均固結(jié)度>0.8的要求。堤身部位施工后殘余沉降較小，根據(jù)計算結(jié)果，堤身部位預(yù)留沉降10 cm。

表2 海堤斷面沉降計算成果 m

施工平臺結(jié)束以后，由于樁體深入砂層，二級平臺沉降減緩。二級平臺后堤身沉降與施工平臺存在一定的沉降差，施工過程中采取堤身分層填筑施工以及平臺頂面預(yù)留施工口，后期填筑減少沉降差的影響。

實際施工時應(yīng)加強(qiáng)對海堤施工過程的沉降觀測，根據(jù)實際沉降觀測成果修正計算，預(yù)測工后殘余沉降和預(yù)留各部位超高。

4 結(jié) 語

在軟土地基上修建海堤工程時，由于軟土具有不均勻性、低強(qiáng)度、低透水性以及高壓縮性，極易出現(xiàn)沉降變形問題，引發(fā)嚴(yán)重后果。基于此，在海堤建設(shè)時，必須結(jié)合區(qū)域工程地質(zhì)特性，合理制定堤基沉降處理方案，落實相關(guān)工程處理措施與穩(wěn)定性分析工作，為海堤工程后期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅實的基礎(chǔ)。