建筑碎料斜坡堤局部滑移原因分析

吳璽，黃玉龍，趙巖

（1.天津市南港工業(yè)區(qū)開(kāi)發(fā)有限公司，天津 300457；2.天津中心漁港開(kāi)發(fā)有限公司，天津 300457；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

1 引言

近年來(lái)，砂、石等原材料的價(jià)格持續(xù)上漲，而大量拆遷項(xiàng)目所產(chǎn)生的建筑碎料缺少放置的地方。有人嘗試將建筑碎料作為斜坡堤的主體結(jié)構(gòu)[1]，在降低工程造價(jià)的同時(shí)，可使建筑碎料“變廢為寶”，也給建筑碎料的處理提供了一種新的方式。建筑碎料堤心是一種新型的堤心結(jié)構(gòu)，具有施工快捷、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有受海水沖刷易流失，施工區(qū)域有所局限等缺點(diǎn)。

由于是新型堤心材料，在設(shè)計(jì)、施工中沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)存在一些不合理的地方，比如設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，施工質(zhì)量控制等因素都可能會(huì)造成圍堤局部塌陷或滑移。

2 工程概況

2008年11月，北方某陸域吹填場(chǎng)地發(fā)生了局部滑移。圍堤的結(jié)構(gòu)型式為斜坡堤式結(jié)構(gòu)，圍堤頂面標(biāo)高為6.0 m，堤頂寬度為10.0 m，堤心為建筑碎料。地基未進(jìn)行處理直接堆填建筑碎料。局部滑移的范圍約170 m，其中東西兩端與穩(wěn)定的圍堤間形成兩個(gè)斷口（見(jiàn)圖1）。

圖1 滑移后圍堤

3 地質(zhì)情況

根據(jù)施工前勘察報(bào)告，本段圍堤下的地基土體自上而下分為7個(gè)大層：

其中對(duì)圍堤影響較大的兩個(gè)淺層土層分別描述如下：

十字板剪切強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 十字板剪切強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

4 滑移前施工情況

經(jīng)過(guò)調(diào)查，受吹填工期的影響，該段圍堤在沒(méi)有成型之前就開(kāi)始了后方造陸吹填，在11月初圍堤頂面達(dá)到+6.4 m，而11月中旬后方吹填泥面的標(biāo)高已經(jīng)達(dá)到了+6.0 m，水面標(biāo)高為+6.3 m。

5 滑移原因分析

5.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

陸上推進(jìn)填筑建筑碎料方案的設(shè)計(jì)原理是通過(guò)將一定粒徑的填料填筑到軟土地基中，將原基礎(chǔ)處的淤泥或淤泥質(zhì)土擠走，在堤身兩側(cè)形成隆起，增加堤身底面處的邊載，提高下部地基承載能力，達(dá)到整體穩(wěn)定的目的。

由于建筑碎料屬于非傳統(tǒng)意義上的建筑材料，其材料特性具有一定的不確定性，為滿足理論計(jì)算的需求，設(shè)計(jì)要求建筑碎料的含土量不大于10%，計(jì)算時(shí)參照砂的資料，內(nèi)摩擦角采用32°。

由于擠淤情況存在一定的不確定性，為保證使用期安全，設(shè)計(jì)說(shuō)明中對(duì)堤身填筑提出了一次填筑到頂，并利用兩側(cè)邊坡填料進(jìn)行超載擠淤的要求。

按照規(guī)范要求[2]，設(shè)計(jì)對(duì)圍堤的地基整體穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，并分別核算圓弧滑動(dòng)和非圓弧滑動(dòng)的斷面穩(wěn)定性。圓弧滑動(dòng)計(jì)算時(shí)，考慮到使用期的荷載小于施工期荷載，不考慮穿越堤頂?shù)幕　８鶕?jù)計(jì)算結(jié)果，整體穩(wěn)定抗力分項(xiàng)系數(shù)能夠滿足規(guī)范要求；非圓弧滑動(dòng)計(jì)算時(shí)，計(jì)算面選定原泥面（原泥面以上為建筑碎料堤身，抗滑能力較強(qiáng)；原泥面以下被動(dòng)土壓力增長(zhǎng)值大于后方主動(dòng)土壓力增長(zhǎng)，穩(wěn)定性好），滑動(dòng)面的土體抗剪強(qiáng)度采用下部地基十字板強(qiáng)度的最小值11.0 kPa，后方吹填泥漿假定一次性吹填到+6.5 m標(biāo)高，泥漿重度采用13 kN/m3。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，滑動(dòng)力為275 kN/m，阻滑力為561 kN/m，抗力分項(xiàng)系數(shù)滿足規(guī)范要求。（當(dāng)僅考慮碎料底寬范圍時(shí)，阻滑力為348 kN/m，抗力分項(xiàng)系數(shù)不滿足規(guī)范要求。）

5.2 外界因素

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在圍堤局部滑移之前，曾有勘探船在該區(qū)域進(jìn)行爆破物探，且爆炸的能量較大。

5.3 滑移后地質(zhì)情況

為了了解局部滑移后滑移體范圍的地質(zhì)情況[3]，共布置了6個(gè)十字板試驗(yàn)孔、2個(gè)取土試驗(yàn)孔，以探摸局部滑移后的地質(zhì)情況。表2為十字板試驗(yàn)結(jié)果，表3為取土試驗(yàn)結(jié)果。

表2 十字板試驗(yàn)結(jié)果

表3 土工試驗(yàn)成果總表

綜合滑移后現(xiàn)場(chǎng)勘察資料可以看出，該區(qū)域地質(zhì)情況較為復(fù)雜。從泥面以下，對(duì)穩(wěn)定影響較大的主要是頂層的淤泥類土（淤泥和淤泥質(zhì)粘土），強(qiáng)度較低，是滑移面可能存在的層位。

在原圍堤堤心線以北約5.0 m的地方，建筑碎料的底標(biāo)高在-5.0～-6.2 m之間，而在堤心線以南5.0 m的地方，建筑碎料的底標(biāo)高為-2.8 m，相差約3 m。

5.4 原設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)算

根據(jù)原設(shè)計(jì)斷面，采用表1中的十字板強(qiáng)度進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，所取主要參數(shù)如下：

①圍堤頂標(biāo)高按施工期6.5 m考慮；

②北側(cè)反壓平臺(tái)頂標(biāo)高2.5m，寬度8.5m，坡比為1∶2；

③南側(cè)反壓平臺(tái)頂標(biāo)高2.0m，寬度6.0m，坡比為1∶2；

④吹填泥面按6.0 m考慮；

⑤建筑碎料C=0，φ=32°，擠淤深度按3 m考慮；

⑥設(shè)計(jì)低水位0.5 m。

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》，得到的安全系數(shù)為1.137，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 原設(shè)計(jì)斷面穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

在原設(shè)計(jì)參數(shù)中，建筑碎料的內(nèi)摩擦角為32°，從現(xiàn)場(chǎng)局部滑移后的剖面看，含泥量遠(yuǎn)大于10%，尤其在水位線以下的部分，被水浸泡之后強(qiáng)度下降較多，因此，實(shí)際的內(nèi)摩擦角應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。局部滑移前地基應(yīng)處于極限平衡狀態(tài)，在外界因素爆破物探的影響下，平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生了局部滑移。因此，滑移前的安全系數(shù)應(yīng)在1.0左右。采用滑移后的勘察資料，同時(shí)調(diào)整建筑碎料的內(nèi)摩擦角，通過(guò)多次試算，當(dāng)內(nèi)摩擦角取25°時(shí)，安全系數(shù)為1.003。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 建筑碎料內(nèi)摩擦角為25°時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

實(shí)際滑移時(shí)的滑移面不會(huì)與理論計(jì)算規(guī)則圓弧面完全一致，南側(cè)邊坡上的滑移位置可能位于南側(cè)反壓平臺(tái)附近，北側(cè)滑出點(diǎn)可能在北側(cè)反壓平臺(tái)以外。南側(cè)堤心處的建筑碎料在滑移后到了北側(cè)堤心處，并向下擠淤了約3.0 m，這就是導(dǎo)致圍堤軸線南北側(cè)建筑碎料厚度差了3.0 m的原因。

5.5 局部滑移的原因分析

結(jié)合以上分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，產(chǎn)生局部滑移的原因有以下幾個(gè)：

①由于建筑碎料具有不確定性，不均勻，離散性大（從現(xiàn)場(chǎng)滑移后的斷口看，局部建筑碎料的含泥量遠(yuǎn)大于10%），且沒(méi)有粘結(jié)力。在后方吹填過(guò)程中，如果倒濾效果不理想，堤身填料中細(xì)顆粒受到一定淘刷，導(dǎo)致圍堤穩(wěn)定性降低；

②圍堤局部滑移前，在該區(qū)域有勘探船只進(jìn)行爆破物探，是圍堤滑移的誘因；

③后方吹填泥漿的速率過(guò)快，導(dǎo)致地基來(lái)不及適應(yīng)；

④從勘察的結(jié)果來(lái)看，圍堤的滑動(dòng)過(guò)程可能是先水平移動(dòng)然后再下沉刺入地基土體，導(dǎo)致圍堤軸線南北側(cè)建筑碎料厚度差了3.0 m。

綜合分析，這種建筑碎料堤心結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定了可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，后方吹填過(guò)快和附近物探爆破是誘因。

6 修復(fù)斷面的穩(wěn)定計(jì)算

考慮到圍堤滑移后，建筑碎料把軟弱淤泥擠走，使圍堤的穩(wěn)定性增強(qiáng)，因此，設(shè)計(jì)決定按原圍埝軸線重新堆填，且坡上不進(jìn)行處理?？紤]滑移后的地形情況，再次進(jìn)行了驗(yàn)算，水下部分的建筑碎料內(nèi)摩擦角調(diào)整為25°，計(jì)算得到的安全系數(shù)為1.378。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 修復(fù)方案穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

在圍堤重新合攏后，很快就恢復(fù)吹泥工作，圍堤處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）建筑碎料質(zhì)量控制不好，吹填造陸速度過(guò)快是造成圍堤滑移的主要原因，附近的爆破勘探是誘因；

（2）建筑碎料斜坡堤的含泥量如果控制不好會(huì)降低圍堤的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)調(diào)整建筑碎料的內(nèi)摩擦角，以契合實(shí)際情況。

實(shí)踐證明，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)后的圍堤是穩(wěn)定的。

[1]王翀.建筑碎料在天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)筑埝工程應(yīng)用的利弊分析[J].科技資訊，2008，（32）.

[2]JTJ250-98，港口工程地基規(guī)范[S].

[3]某工程局部滑移段勘察報(bào)告[R].中交天津港灣工程研究院有限公司，2008.