海堤沉降變形監(jiān)測分析及應(yīng)急處置

陸鵬源

(中山火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)水利所，廣東 中山 528437)

0 引言

海堤是防御風暴潮水侵襲，減輕風暴潮水災(zāi)害的重要水利設(shè)施，事關(guān)人民群眾生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟穩(wěn)定。然而，隨著近年氣候逐漸變暖，海洋災(zāi)害頻發(fā)、海平面上升，海堤安全面臨的威脅也越來越大。海堤一旦潰決，將會造成重大生命財產(chǎn)損失，因此在海堤變形階段加強監(jiān)測分析，采取有效的措施避免發(fā)生滑坡災(zāi)害意義重大。

目前對海堤的研究眾多，如劉漢龍等人研究了真空預壓技術(shù)在加固海堤軟土地基上的應(yīng)用；戴金水研究了水泥攪拌樁在海堤淤泥質(zhì)地基加固中的應(yīng)用；葉丹研究了插砌條石加糙在海堤消浪設(shè)計中的應(yīng)用；李倩研究了汕頭市東部城市經(jīng)濟帶海堤工程種堤頂高程及堤身斷面方案的確定；段濟雄通過水力坡降計算對海堤防滲措施進行對比分析，從而進行滲流控制設(shè)計；張言等采用ANSYS有限元軟件對海堤加固方案進行了數(shù)值模擬和優(yōu)化。然而，多數(shù)研究側(cè)重于海堤加固設(shè)計方面，鮮有關(guān)于海堤沉降變形監(jiān)測分析與處置措施方面的研究。

文章針對中山市某海堤加固項目，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)對堤身沉降與變形進行了分析，通過采取砂石轉(zhuǎn)運、開挖排水溝以及加強監(jiān)測等應(yīng)急處置措施，有效遏制了沉降變形的發(fā)展，為類似工程提供參考。

1 工程概況

中山市位于珠江口西岸，三面環(huán)水，珠江磨刀門、橫門、洪奇瀝等主要水道流經(jīng)境內(nèi)，全市共有外江防洪(潮)堤防377.00 km。地理位置和地形地貌決定了其既受洪水威脅又受臺風暴潮影響，堤防安全面臨著嚴峻的考驗。

項目位于中山市中東部，地層自上至下分別為人工填土層，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、淤泥層、中粗砂和燕山期花崗巖層，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層平均厚度10.45 m，層頂埋深0.00～7.50 m，淤泥層平均厚度35.62 m，層頂埋深6.60～20.80 m。地下水位埋深為0.10～3.40 m。

海堤級別為3級，設(shè)計防洪(潮)標準為100年一遇。采用釘型水泥土攪拌樁加固地基后對堤身進行加高培厚處理，堤頂新建混凝土防浪墻。回填土施工后，堤身于2020年8月發(fā)生變形以及非正常沉降。

2 沉降變形監(jiān)測分析

2.1 堤身變形

為監(jiān)測堤身在填土過程中的穩(wěn)定性，在防浪墻布置了多個監(jiān)測點，圖1堤頂防浪墻向外海側(cè)的位移監(jiān)測結(jié)果。由圖可知，堤身在8月6日向橫門水道方向突發(fā)大變形，最大變形量108.00 mm，8月9日前后變形量逐漸減小，8月下旬達到基本穩(wěn)定。當?shù)貧庀蟆⑺馁Y料顯示，項目所在區(qū)域8月5日發(fā)布暴雨橙色預警，全市最大累積雨量超90.00 mm。雨水下滲增加了土體容重，使土體飽和軟化，抗剪強度降低。此外，8月1-7日間外海潮差連續(xù)7 d超過2.00 m，最高達2.47 m，如圖2所示。由于淤泥與淤泥質(zhì)土的滲透性低，孔隙水壓力消散慢，水位的頻繁大幅下降使堤身孔隙水壓力激增，加之水位下降對堤身產(chǎn)生的“拖拽效應(yīng)”，大大增加了堤身變形的風險。

圖1 堤身變形監(jiān)測結(jié)果圖

圖2 項目區(qū)域潮位變化曲線圖

除此之外，變形堤段的堤后存在大面積砂石堆，最大堆載高度達15 m，堆載高度最大的范圍約位于樁號K7+820～K7+844堤段。在暴雨的作用下，沙堆吸水增重增加了對堤身的附加應(yīng)力，是引起大變形的主要原因之一。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，K7+862監(jiān)測點變形量最大，向兩側(cè)逐漸減小，主要是受砂石堆載的影響。

2.2 堤身沉降

圖3為堤身沉降監(jiān)測結(jié)果。由圖可知，前期堤身由于回填土固結(jié)沉降量穩(wěn)定發(fā)展，8月6日前后沉降量速率增大。如前所述，這是強降雨、堤后砂石堆載以及高潮差多重疊加的結(jié)果。隨著潮位的漲落，堤身沉降發(fā)生較大波動。8月17日前后累計沉降量減小，主要原因是期間潮位高漲，尤其是8月22日，更是達到了當月最高潮位2.22 m，如圖2所示。高潮位下，水壓力將堤防向背水側(cè)推擠，致使堤身向上拱起。

圖3 堤身沉降監(jiān)測結(jié)果圖

3 應(yīng)急處置措施

為防止堤身變形進一步發(fā)展，項目立即啟動應(yīng)急機制，全面落實24 h堤防巡查值班以及信息上報制度，并研究制定了一系列應(yīng)急處置措施，以確保堤身安全。

3.1 砂石轉(zhuǎn)運

如前所述，堤后砂石堆載是堤身變形的主要原因之一，砂石轉(zhuǎn)運工作對遏制變形的發(fā)展，保障堤身安全至關(guān)重要。為了確定砂石場堆載影響的臨界距離，文章采用有限元軟件進行了計算分析，結(jié)合現(xiàn)場砂石堆情況，模型選取堆載高度為10.00 m。

表1為不同堆載位置下堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果，結(jié)果顯示，砂石堆距離防浪墻越近，安全系數(shù)越小，發(fā)生滑動破壞的概率越大。當砂石堆距離防浪墻距離>60.00 m時，繼續(xù)增大堆載距離對安全系數(shù)無影響。因此，認為砂石堆對堤身整體穩(wěn)定無影響的臨界距離為60.00 m。本工程發(fā)生大變形后將砂石料退至距離堤頂防浪墻110.00 m，足以保證砂石堆載不會對堤身產(chǎn)生不利影響。

表1 堤后砂石堆載影響計算結(jié)果表

3.2 開挖排水溝

降雨入滲使地基含水率增加，從而降低抗剪強度，隨飽水時間越長，強度降低越嚴重。在發(fā)生大變形堤段全段設(shè)計開挖一條底寬1.00 m，深1.00～1.50 m的寬度的排水溝，以排除堤內(nèi)積水，從而緩解變形的發(fā)展，有效地防止滑坡的發(fā)生。

3.3 加強監(jiān)測

堤身發(fā)生大變形后，該項目開展了更高精度的監(jiān)測，精度為3級，共在防浪墻布置18個監(jiān)測點。表2為8月14日-10月14日的堤身沉降與變形監(jiān)測結(jié)果。結(jié)果顯示，防浪墻最大累計沉降38.00 mm，而該堤段設(shè)計總沉降量為190.00 mm，沉降量在可控范圍內(nèi)。

表2 防浪墻沉降與變形監(jiān)測結(jié)果表

在垂直堤身方向，共8個監(jiān)測點向背水側(cè)發(fā)生變形，最大值15.00 mm，7個監(jiān)測點向臨水側(cè)發(fā)生變形，最大值7.00 mm，3個監(jiān)測點累計變形量為0.00 mm，沉降與變形在不同監(jiān)測時間呈現(xiàn)波動狀態(tài)。而根據(jù)施工期間在未發(fā)生大變形堤段上的監(jiān)測結(jié)果，防浪墻在潮漲潮落的影響下最大變形量也達7.00 mm。因此，認為上述處置措施較為有效，海堤變形和沉降基本趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

中山市某海堤加固項目在施工過程中突發(fā)較大沉降與變形，危及大堤安全。結(jié)合防浪墻沉降、位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，對其時空分部規(guī)律進行了分析，并提出了幾點應(yīng)急處置措施，主要結(jié)論如下：堤身沉降變形主要是以下幾方面因素疊加影響的結(jié)果：受強降雨影響，堤身土地吸水增重并且泡水軟化；連日高潮差導致堤身孔隙水壓力激增，同時潮水位下降對堤身產(chǎn)生拖拽效應(yīng)，下滑力增大；堤后砂石堆吸水增重，對堤身產(chǎn)生的附加應(yīng)力增大。砂石堆對堤身整體穩(wěn)定影響的臨界距離為距離防浪墻60.00 m，該項目砂石轉(zhuǎn)運至110.00 m以外可保證其對堤身基本無影響。根據(jù)后期監(jiān)測結(jié)果，堤身累計沉降最大值38.00 mm，向臨水側(cè)變形最大值7.00 mm，結(jié)合設(shè)計沉降量與正常運行段堤身變形觀測結(jié)果，可以判定堤身基本趨于穩(wěn)定。