吹砂填筑海堤沉降監測與分析

摘 要：根據錢塘江北岸海塘長山標準堤填筑過程中地基沉降實測數據，分析了堤身吹填土荷載作用下地基土體壓縮沉降變化趨勢，以及堤身吹填砂土本身的壓縮沉降量；利用雙曲線公式推算了本試驗段地基土體的工后沉降量，并指出基底實測數據推算堤防工后沉降量需考慮堤身吹填砂土的壓縮沉降，確保軟土地基堤防的設防高程滿足設計要求。

關鍵詞：錢塘江北岸海塘； 標準堤； 雙曲線公式； 工后沉降量； 設防高程

中圖分類號：TU433 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）01-174-002

1.引言

錢塘江海塘是錢塘江河口地區防洪御潮的重要屏障，歷代朝政都動用大量人力財力固堤御潮。隨著錢塘江兩岸經濟的飛速發展和人民生活水平的提高、錢塘江河口地區水位抬高[1]以及嘉興地區大面積開采地下水導致地表沉降等綜合因素，對海堤的填筑水平和防洪御潮能力提出了更高要求。軟土地基上新建海堤往往因工后沉降大，使得設防高程不足影響防洪安全而進行二次加高，造成工程投資讓費[2]。

前人通過原位觀測[3-4]、簡化模型有限元數值計算[5]、灰色模糊理論[2]以及其他計算程序擬合法[6]等手段對海濱相沉積軟基施工期沉降和工后沉降進行了研究分析：指出地基總沉降主要取決于土體超孔隙水壓力消散速率以及土體滲透系數大小等因素；有限元數值計算需進行邊界條件簡化，難以全面考慮土體結構特征，計算結果往往和實測數據之間存在較大差異；基于現場實測數據的雙曲線等擬合法預測工后沉降一般精準度較高。

2.工程概況

海鹽縣長山段標準海塘位于錢塘江北岸長山～葫蘆山之間，西接西連黃沙塢圍堤，東接葫蘆山至長山海塘，本工程實施后，該段海塘設防標準達到百年一遇，與其他北岸海塘一起形成錢塘江北岸防御洪潮侵襲的封閉線。

本段海塘采用復合斜坡式土堤結構，海塘加固長641m。考慮場區附近灘涂砂源豐富，直接采用吹填海沙填筑海堤方案，堤腳防沖防滲主要依靠U型預應力板樁。

場區內受填筑荷載影響的土層主要有：1-1粉質粘土，1-2砂質粉土，1-3粉土夾粉質粘土和2-1粉質粘土夾粉土。具體物理力學指標見表1。

3.監測結果分析

3.1地基沉降監測結果

本段堤防吹砂填筑施工于2012年12月初開始，從圖2可以看出：灘涂表層浮泥含水量高，孔隙比大，在填筑荷載作用下地基壓縮沉降量較大，最大日沉降量達20mm，加載間歇期，沉降速率減小，沉降曲線變緩。截至到2013年11月初，3個試驗斷面地基沉降累計沉降量和當前沉降速率詳見表2。累計沉降量最大值為745.6mm，最小值為436.4mm，分別發生于0+200和0+600斷面，與各斷面累計加載高度不一致有關。填筑荷載量以及施工進度存在差異，因此各斷面當前沉降速率變化幅度較大，最大值為0.61mm/d，最小值為0.12mm/d。

3.2堤身吹填砂壓縮沉降分析

最后一次吹砂填筑施工結束，于吹填砂表層對應樁號埋設沉降觀測點，和基底沉降板進行同步觀測，主要反映堤身吹填砂土的壓縮沉降量。根據截至到2013年11月9日的觀測數據，不同埋設位置測點的累計沉降量統計詳見表3。

從表3可以看出：最后一次吹砂填筑施工結束至2013年11月初，基底和堤頂測點的差異沉降量在11.9mm～34.5mm之間，此差異沉降即為堤身吹填砂的壓縮沉降。

3.3地基工后沉降推算

當加載施工完成，沉降速率趨于收斂之后，利用實測沉降數據反算地基固結系數或推算最終沉降量的方法較多，常用的有雙曲線法、沉降速率法、三點法，除此之外，還有日常用的星野法和淺崗松尾法。這些方法經試用均有優缺點，關鍵是應用時需憑一定的經驗和技巧。本次利用雙曲線預測后續沉降計算公式如下。

雙曲線法是假定平均沉降速率以雙曲線形式減小的經驗推導法。從填土開始到任意時間t的沉降量St可用下式求得：

從圖3可以看出：0+200、0+450和0+600斷面的工后推算沉降量分別為54.3mm、172.6mm和159.3mm。根據實測數據反算雙曲線公式中的a和B參數時，所取觀測數據的時間間隔需盡量相等且足夠長。

4.結論

（1）灘涂地基上新建堤防時，填筑初期地基日沉降量往往較大，一般會超過沉降控制指標，但地基不一定產生滑移破壞。灘涂面高程不一致使得堤防各斷面填筑加載量存在一定差異，即地基土體壓縮沉降量變化幅度較大。

（2）利用吹填砂土進行堤身填筑，砂土本身的壓縮沉降量容易被忽視，基底實測沉降數據推算堤防工后沉降時需加上堤身填土壓縮沉降，確保足夠預留高度，防止軟土地基因工后沉降大導致堤防設防高程不足。利用雙曲線公式推算工后沉降，反算公式參數時，所選取觀測數據的時間間隔需盡量相等且足夠長。

參考文獻：

[1]吳雅峰，俞先偉.海堤地基土變形和強度分析[J]中國農村水利水電，2007，7：110-112.

[2]鄭重，陳福軍.GM（1，1）在軟基海堤沉降預測中的應用[J]浙江水利科技，2009，5：53-54.

[3]王林堯，陳惠忠，陳吉森.原位監測在黃沙塢治江圍涂工程中的應用與分析[J]技術交流，2009，1：29-32.

[4]姜民，邊學成，等.海堤荷載下海積軟土沉降的現場測試和數值分析[J]巖石力學與工程學報，2010，29（5）：1060-1067

[5]ZHU G F，YIN J H，GERHAM J.consolidation modeling of soils under the test embankment at Chek Lap International Airport in Hong Kong using a simplified finite element method[J]CanadianGeotechnicalJournal，2001，38（2）：349-363

[6]俞炯奇，梁國錢.地基沉降雙曲線擬合的Bayes 估計[J]水力水電，2008，30（2）