東南沿海護(hù)岸 大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析

劉君

摘 要：以寧德金蛇山市政填海造地工程施工為例，為了提高斜坡護(hù)岸堤壩建筑的施工效果，解決不均勻沉降對(duì)后期施工的影響，提出斜坡護(hù)岸下大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析的研究。首先研究了軟土地基的基本特性，以及影響其變形的主要因素。在此基礎(chǔ)上，分別從地質(zhì)、施工以及建筑荷載角度，分析了其對(duì)地基變形的影響。最后綜合分析結(jié)果，對(duì)軟土地基變形速率進(jìn)行計(jì)算。并進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法計(jì)算的變形結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的差異基本穩(wěn)定在0.03mm以?xún)?nèi)，與真實(shí)值具有較高的擬合度。對(duì)于軟土地基變形速率的分析以及實(shí)際施工項(xiàng)目的應(yīng)用具有一定價(jià)值。

關(guān)鍵詞：斜坡護(hù)岸;軟土地基;變形速率;實(shí)驗(yàn)與分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TV551.3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）02-0135-03

1引言

地基變形是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在此過(guò)程中，其受到許多因素的影響，如地基情況、填土的性質(zhì)、邊坡的形式、地形條件等[1]。合理的堤壩沉降計(jì)算方法應(yīng)能在計(jì)算中考慮這些因素的影響。因此需要探討其對(duì)堤壩沉降影響的程度和規(guī)律[2]。借助模型試驗(yàn)進(jìn)行研究時(shí)，往往受場(chǎng)地和試驗(yàn)設(shè)備的限制，難以反映實(shí)際情況[3]。研究某一參數(shù)對(duì)堤壩沉降的影響，需要多個(gè)類(lèi)似的模型重復(fù)試驗(yàn)，工作量較大。若采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，則可在計(jì)算機(jī)上做“試驗(yàn)”，這對(duì)研究某些參數(shù)的影響非常方便易行。但是，高填方地基變形計(jì)算是高填方工程研究中一個(gè)基本而又亟待重點(diǎn)解決的問(wèn)題[4]?；诖?，本文提出斜坡護(hù)岸下大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析。通過(guò)該研究，以期為相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)新的研究思路。

2軟土地基特點(diǎn)分析

軟土地區(qū)堤壩施工的技術(shù)難題之一是地基變形，軟土地基含水量較高，但滲透系數(shù)較小[5]。因此，造成地基的抗剪強(qiáng)度較低，壓縮空間較大，具有較高的靈敏度。這些特點(diǎn)也造成其沉降穩(wěn)定歷時(shí)較長(zhǎng)、沉降變形程度較大，并且存在較為明顯的不均勻性。針對(duì)該問(wèn)題，對(duì)軟土地基變形的準(zhǔn)確分析，對(duì)于土方添加量、堤壩底寬設(shè)計(jì)、頂坡和邊坡調(diào)整、地基加固方法的選擇都影響著不同階段的施工時(shí)間。為此，在施工前準(zhǔn)確判斷地基的變形情況，對(duì)于及時(shí)調(diào)整施工有著極其重要的意義，也是后期工程有效利用的保障。

3軟土地基變形速率分析

3.1固結(jié)程度分析

在斜坡護(hù)岸下，基本上都處在長(zhǎng)期的水流沖擊中，由于固結(jié)度與固結(jié)時(shí)間因子有直接的關(guān)系[6]，因此固結(jié)時(shí)間因子可以表示為：

式（1）中，表示軟土地基的固結(jié)系數(shù)，表示軟土地基的固結(jié)時(shí)間，表示填充袋筑堤的水線接觸深度，表示無(wú)量綱數(shù)。

那么，在此條件下，可以得出地基強(qiáng)度受固結(jié)程度的影響程度為：

通常情況下，采用相同的土體，即具有相同的固結(jié)系數(shù)，因此固結(jié)時(shí)間也相同。

這樣也可以得出，在其他因素確定固定的情況下，在地基固結(jié)過(guò)程中，地基的強(qiáng)度隨時(shí)間的增加而增大，變形速率則隨時(shí)間的增加而減小，當(dāng)達(dá)到其固結(jié)時(shí)間后，地基整體完成固結(jié)，其變形速率也將不再隨時(shí)間的推移而出現(xiàn)變化。

3.2地質(zhì)因素分析

在斜坡護(hù)岸下，由于地層結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化，在該區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，大多包含泥沙等淺層地質(zhì)組成，受不同施工工程的壓實(shí)程度影響，其對(duì)于疏松地層的改善情況也存在較大差異[7-8]。因此，本文對(duì)不同壓實(shí)施工與地質(zhì)強(qiáng)度進(jìn)行分析，假設(shè)地層含水量為a，泥沙比為n，壓實(shí)工程的施工強(qiáng)度為Q，那么可以得到施工后地層的強(qiáng)度為：

式（3）中，表示地層的承載系數(shù)。在一定范圍內(nèi)，地層的強(qiáng)度隨著壓實(shí)工程的增加而逐漸增加，但在理論上，地層的強(qiáng)度不存在絕對(duì)強(qiáng)度，即當(dāng)壓實(shí)工程強(qiáng)度達(dá)到一定值后，地層的含水量，泥沙間的空隙比都達(dá)到臨界最小值，其存在進(jìn)一步縮小空間，但在實(shí)際上是難以實(shí)現(xiàn)的，這種情況一般認(rèn)為可以滿足施工要求。

3.3荷載強(qiáng)度分析

在斜坡護(hù)岸下，軟土地基的變形速率除受地質(zhì)因素和施工因素影響外，另外一個(gè)重要的因素就是其自身的荷載[9-10]。對(duì)于斜坡護(hù)岸下的大型填充袋筑堤而言，本文不考慮其外在附加荷載，主要分析其自身自重對(duì)于地基的影響。假設(shè)堤壩的單位地基面積上的荷載強(qiáng)度為W，那么其受到的外力作用強(qiáng)度可以表示為：

式（4）中，表示斜坡堤壩的建筑傾斜角度，表示地基自身在垂直方向上受到的重力作用。那么，此時(shí)的軟土地基強(qiáng)度為：

3.4地基變形速率分析

上述分別從地質(zhì)因素、施工因素以及荷載強(qiáng)度三方面分析了軟土地基變形程度，一般情況下，三因素同時(shí)作用于堤壩軟土地基之中，最終導(dǎo)致其變形，那么可以得出，其變形速率為：

式（6）中，t表示建筑完工時(shí)間，通過(guò)上式可以判斷，當(dāng)時(shí)間達(dá)到，時(shí)，主要影響軟土地基變形的因素為荷載因素，而隨著時(shí)間的增加，該值也將逐漸減小，最后可以忽略不計(jì)。

4實(shí)驗(yàn)與分析

為測(cè)試分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，為確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，分別采用文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]提出的方法，同時(shí)進(jìn)行分析。

4.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)對(duì)象為福建省寧德市蕉城區(qū)金蛇山圍海造地工程，本工程用海面積41.05萬(wàn)平方米，陸域形成面積28.13萬(wàn)平方米。全部水工護(hù)岸總長(zhǎng)度為2087米，分為3部分組成：西南側(cè)護(hù)岸，長(zhǎng)度為735米;東側(cè)護(hù)岸，長(zhǎng)度為1301米;北側(cè)護(hù)岸，長(zhǎng)度為51米;均采用充填袋堤心斜坡式結(jié)構(gòu)。建設(shè)區(qū)位于濱海潮間帶和海域?yàn)┩康囟?，屬濱海沉積地貌單元，最高潮位為5.15m，最低潮位為-4.21m，高潮位平均值為2.62m，低潮位平均值為-2.11m，漲潮階段的平均時(shí)長(zhǎng)為6小時(shí)43分，落潮階段平均時(shí)長(zhǎng)為5小時(shí)22分。自上而下，場(chǎng)地巖土層主要有淤泥、卵石，下伏為燕山晚期第三次侵入的花崗巖體及風(fēng)化層，局部差異風(fēng)化顯著，擬建場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，未見(jiàn)明顯不良地質(zhì)構(gòu)造通過(guò)。護(hù)岸采用斜坡式結(jié)構(gòu)，河道底標(biāo)高為-1.5m，底部鋪設(shè)防護(hù)土工布，上部壓護(hù)300mm厚的碎石和100～200kg塊石。堤心為充填砂袋結(jié)構(gòu)，堤底為1m厚中粗砂墊層，同時(shí)設(shè)有塑料排水板以及高強(qiáng)土工格柵在堤底軟基處。堤頂高程為5.5m。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述試驗(yàn)環(huán)境下，分別采用三種方法對(duì)該施工項(xiàng)目的沉降情況進(jìn)行分析。同時(shí)，由于大幅度的沉降現(xiàn)象一般較難出現(xiàn)，并且經(jīng)歷時(shí)間較長(zhǎng)，因此，本文以垂直距離上地基到地平線的距離為指標(biāo)測(cè)試其沉降情況。其中三種方法的分析結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，對(duì)比三種方法的分析結(jié)果，文獻(xiàn)[3]方法雖然在前20天的分析結(jié)果較為準(zhǔn)確，但在后期的沉降結(jié)果分析中，出現(xiàn)較大差異，而文獻(xiàn)[4]方法始終與實(shí)際結(jié)果存在較大偏差。而本文方法的分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)果具有較高的擬合度，其差異基本穩(wěn)定在0.3mm以?xún)?nèi)，這主要是因?yàn)楸疚奶岢龅姆治龇椒▽?shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)因素、水文環(huán)境、施工情況的綜合分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)最大限度的地基變形因素分析，提高了分析結(jié)果的可靠性。

在此基礎(chǔ)上，分別采用上述三種方法計(jì)算地基在側(cè)向上的變形程度，并以坡腳的位移為參考，測(cè)得地基的實(shí)際變形情況，得到的變形速率曲線以及實(shí)際沉降速率曲線，其結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，對(duì)比文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]方法，本文方法得出的水平方向上的地基變形速率與實(shí)際結(jié)果最為接近，差異基本穩(wěn)定在0.01mm以?xún)?nèi)，這主要是因?yàn)楸疚膶?duì)引起地基變形的因素進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)了全方位、高精度的變形速率分析。

5結(jié)語(yǔ)

（1）合理地分析施工地段的地質(zhì)因素、環(huán)境因素以及實(shí)際施工情況，準(zhǔn)確分析地基變形情況，并基于此及時(shí)作出施工調(diào)整，對(duì)于項(xiàng)目的使用壽命及安全性都有著極其重要的意義。

（2）本文提出的斜坡護(hù)岸下大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析。通過(guò)對(duì)全面分析影響地基變形的因素及強(qiáng)度，提高了對(duì)比變形速率的計(jì)算準(zhǔn)確率，可以為施工項(xiàng)目的實(shí)施及調(diào)整提供有價(jià)值的參考。

（3）受研究條件限制，研究仍存在進(jìn)一步深入的空間，在之后的研究中，可以深化對(duì)不同地質(zhì)因素的細(xì)致研究，分析更多復(fù)雜地質(zhì)組成、地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)地基的影響，以及試驗(yàn)部分的測(cè)試?？梢圆捎酶酉冗M(jìn)的設(shè)備儀器，對(duì)地基的彈性變形、塑性變形進(jìn)行測(cè)量。

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