浙東沿海某海塘工程沉降特性及影響分析

夏玉立，黃錦來

（1.浙江省水利發(fā)展規(guī)劃研究中心，浙江 杭州 310013；2.金華市九峰水庫管理中心，浙江 金華 321000）

1 問題的提出

土是固、液、氣三相體，受沉積歷史和外荷影響，液、氣形體產(chǎn)生變化并逐漸排出土體，而土骨架體積不變，但其有效應(yīng)力產(chǎn)生變化，可見土體變形主要是液、氣變化造成的。天然軟土一般處于飽和狀態(tài)，變形主要是由含水率變化引起的，而沉降是變形的主要方式之一，是軟土的固有特性，但沉降過大對安全穩(wěn)定不利，易對生命財產(chǎn)安全造成威脅。浙東沿海軟基工程一般地質(zhì)條件差，土層含水率高、孔隙比大、土體強(qiáng)度較低，軟基深厚，加載后沉降量大，且長期沉降顯著[1-2]。文章對浙東沿海某海塘工程典型測點沉降進(jìn)行分析，為類似軟基工程提供參考。

2 工程概況

浙東沿海某海塘工程在軟基上建設(shè)，海塘地基土層主要為Ⅰ1淤泥、Ⅰ2淤泥質(zhì)黏土和Ⅱ黏土等，Ⅰ1層厚約20 m，Ⅰ2層厚8～10 m。海塘長約1.2 km，塘軸線處海涂涂面高程約0.00 m。海塘地基土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)表

海塘工程設(shè)計塘頂高程6.80 m，地基用砂墊層+排水板處理，砂墊層厚度0.8 m，排水板處理深度約25.0 m，排水板打設(shè)完成后開始進(jìn)行沉降觀測。海塘加載分為3 個階段，2008 年12 月一次性加載2.5 m，2009 年5—10 月連續(xù)加載5.0 m，2010 年8 月最終一次性加載1.5 m，加載結(jié)束時塘頂高程約7.80 m，預(yù)留超高約1.0 m。

3 施工期沉降分析

3.1 沉降曲線特點

由圖1 海塘工程海塘軸線典型測點原位監(jiān)測沉降過程線圖可見，曲線存在4 個特點：一是曲線有明顯折點，折點一般由外力引起，外力主要是指海塘加載，因此折點是加載產(chǎn)生附加沉降的體現(xiàn)，如第2 次和第3 次加載初期存在明顯折點；二是加載后曲線斜率由陡逐漸趨緩，說明沉降速率逐漸減小，土體逐漸趨于穩(wěn)定；三是持續(xù)加載期間曲線斜率一直較陡，主要是由于持續(xù)加載期間一般45 d 左右加載1 次，沉降速率一直保持較高水平；四是軟基工程工后沉降期間曲線雖在逐漸變緩，但過程十分緩慢，說明工后沉降在一定時間內(nèi)將長期存在，對工程的防風(fēng)御潮能力提出嚴(yán)峻考驗。

圖1 典型測點原位監(jiān)測沉降曲線圖

3.2 施工期沉降

2008 年8 月第1 次加載，歷時161 d 沉降量為667 mm，平均沉降速率為4.14 mm/d。2009 年5月—10 月持續(xù)加載4 次，每次加載約間隔45 d，直至2010 年8 月未再加載，歷時457 d 沉降量為1 344 mm，平均沉降速率為2.94 mm/d。2010 年8月中旬第3 次加載后92 d 內(nèi)沉降量為193 mm，平均沉降速率為2.10 mm/d，可見平均沉降速率逐漸減?。ㄒ姳?）。

表2 加載完工后沉降量匯總表

3.3 工后沉降

2010 年12 月—2013 年11 月，歷時1 100 d 工后沉降量為490 mm，塘頂高程約7.10 m，大于設(shè)計高程約0.30 m；2016 年12 月—2019 年12 月，歷時1 100 d 工后沉降量為186 mm，塘頂高程已低于設(shè)計高程，工后沉降量見表3。完工后1～3 a 平均沉降量約163 mm，平均沉降速率為0.45 mm/d；完工后7～9 a 平均沉降量約62 mm，平均沉降速率為0.17 mm/d。

表3 工后沉降量匯總表

4 沉降使工程防御能力下降

由圖2 工后沉降速率散點圖可見，工后沉降速率總體呈現(xiàn)波動衰減趨勢，從最大1.0 mm/d 逐漸減小到最小0.10 mm/d，工后2 a 內(nèi)衰減較為明顯，工后3～9 a 呈現(xiàn)緩慢衰減態(tài)勢。根據(jù)工后沉降速率的衰減變化態(tài)勢，年限越長沉降速率衰減越慢，預(yù)計未來仍將發(fā)生較大次固結(jié)沉降。

圖2 工后沉降速率散點圖

據(jù)《浙東海塘安全狀況評估報告》所述[3]，浙東海塘工程建成并運(yùn)行多年之后，80%以上的海塘出現(xiàn)不同程度的沉降，部分海塘塘頂高程差值甚至超過60 cm，塘頂高程遠(yuǎn)低于設(shè)計值要求。本工程塘頂高程低于設(shè)計高程，海塘的實際防潮能力已達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對生命財產(chǎn)安全造成威脅。

目前的規(guī)范設(shè)計方法[4]或理論計算方法都難以反映沿海軟基的沉降發(fā)展特點，建議按規(guī)范方法進(jìn)行安瀾海塘工程設(shè)計時，適當(dāng)加大塘頂預(yù)留沉降或塘前增加消浪措施，使海塘工程長期滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，保障生命財產(chǎn)安全。

5 結(jié)論

（1）海塘加載時產(chǎn)生較大沉降使沉降曲線產(chǎn)生明顯折點，加載后沉降速率逐漸減小使沉降曲線斜率由陡逐漸趨緩，軟基工程工后期間的沉降曲線雖在逐漸變緩，但過程十分緩慢，說明工后沉降在一定時間內(nèi)將長期存在，對工程的防風(fēng)御潮能力提出嚴(yán)峻考驗。

（2）工后沉降速率總體呈現(xiàn)波動衰減特征，工后2 a 內(nèi)衰減較為明顯，工后3～9 a 呈現(xiàn)緩慢衰減態(tài)勢。根據(jù)沉降速率的衰減變化態(tài)勢，年限越長沉降速率衰減越慢，預(yù)計未來仍將發(fā)生較大沉降。

（3）在工程完工一段時間后，海塘工程塘頂設(shè)計高程將低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，海塘的實際防潮能力降低，對生命財產(chǎn)安全造成威脅。而目前規(guī)范設(shè)計方法或理論計算方法都難以反映沿海軟基的沉降持續(xù)發(fā)展特點，建議根據(jù)浙東海塘實際工程經(jīng)驗，安瀾海塘設(shè)計時適當(dāng)加大塘頂預(yù)留沉降或塘前增加消浪措施。