某海港防護堤滑塌的原因分析與加固研究

摘 要：文章介紹了某海港防護堤經過大風暴潮侵蝕坍塌損壞的現象，采取多項勘探方法，對防護堤地基進行現場取樣、探測及室內試驗和數據分析。海港防護堤地基為海底淤泥和淤泥質土，抗剪強度低，沉降量大；特有的蠕變特性是防護堤滑塌損壞的主要原因。根據防護堤的特點，采取了拋石、扭工體防浪、旋噴樁防滲墻、級配料灌漿等綜合的工程措施，對治理后的效果進行了實踐考驗。結論得出采取多種措施同時治理海港防護堤坍塌是合理的，防護堤經過多年風暴潮的侵蝕，工程完好。同類工程可以借鑒應用。

關鍵詞：海港防護堤 滑塌 蠕變特性 分析研究 防滲墻

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0029-01

1 工程概況及問題的出現

海港防護堤始建于1985年，于1987年投產，作為物資、材料生產運輸和工作人員進出外港的通道，經過了二十多年的使用，期間多次遭受風暴潮的襲擊。該海區屬于不規則半日潮性質：設計高水位1.57 m，歷時累積頻率1%，設計低水位-0.79 m，歷時累積頻率98%。設計地震烈度為7度。海港防護堤破壞段表現為防護堤護坡滑塌、防波扭工體被防浪沖至海水以下，護堤坡角沉陷，堤坡反濾層被海浪淘刷，局部土工布暴露撕裂。滑塌段長20～30 m，多大8處。

2 防護堤現場勘測

對防護堤滑塌段地質及堤身情況進行勘探和物探測量。地基勘探采取的手段是鉆孔取樣，進行室內試驗；堤身采用地質雷達和電測法進行對比探測。

2.1 勘測分析

2.1.1 鉆孔勘探

鉆孔取樣和標準貫入試驗探明，防護堤堤基以下淤泥和淤泥質粘土未能排水固結，依然軟弱。海底土層以細顆粒多見，并含少量的有機質，顏色為黃褐～黑褐色。此類軟土多屬近代水下細顆粒沉積土，其天然排水抗剪強度小于20 kPa，有效內摩擦角僅為幾度有的接近零。

防護堤地層土質主要分為淤泥和淤泥質粘土、粉質粘土、沖填土4類；其特點是含水量高、孔隙比大。強度低，摩擦角小，具有蠕變或觸變特性。當原狀軟土受到擾動后，結構受到破壞，土的強度顯著降低。其靈敏度一般在3～4之間，個別高達8～9。具有明顯的流變性，在荷載的作用下，軟土承受剪應力的作用產生緩慢的剪切變形，并能導致抗剪強度的衰減。高壓縮性，軟土的壓縮模量Es≤4 MPa，大部分壓縮變形發生在垂直壓力為100 kPa左右，作為地基時的沉降量很大；標貫擊數低，最弱的土層只有2擊。防護堤7.0 m以上為沖填土，土質較均勻，以粉質壤土為主，稍密；不均勻性，由于沉積環境的變化，粘性層中局部夾有厚薄不等的粉土，使水平和豎向分布有所差異，作為堤基則易產生差異沉降。

2.1.2 防護堤隱患綜合探測

經探測防護堤結構為沖填土堤，外殼為中濾料加拋石護坡，堤頂為20 cm砼砌塊，其下為30 cm碎石墊層，中部填土較密實，無懸空現象；防護堤防浪墻5.50 m范圍內有比較多的沖蝕塌落坑穴和部分松散的填土區域。

3 防護堤滑坡原因分析

海底淤泥和淤泥質土抗剪強度低，沉降量大，特有的蠕變特性是防護堤損壞的主要原因。土的流變特性主要表現為常荷載下變形隨時間而逐漸增長的蠕變特性；作用在土體上的荷載超過某一限值時，土體的變形速率將從等速轉變至加速而導致蠕變破壞，作用應力愈大，變形速率愈大，達到破壞的時間愈短。

海底軟弱土體在外力作用下，特別是重載車震動波對軟土傳遞擾動、海浪對護坡的沖壓力、冰凍張力等均可加速軟弱土體的流變過程使軟弱土體發生豎向特別是橫向位移，促使堤腳松動，護坡塊石坍塌滑落。

防護堤沖填土外坡返濾填料級配不良。海浪的切割力對防護堤沖填土進行剝蝕，土顆粒逐漸遺失，形成空穴。護坡石塌陷，致使防浪墻懸空、沉降、斷裂，最終防護堤防護體系全部破壞。

4 隱患治理

4.1 堤身海浪防護

增加防護堤坡拋石量，放緩拋石護坡，邊坡放至1∶2；下層拋石單塊重量為10～100 kg，表層單塊重量為100～200 kg。然后在表層塊石上面擺放扭工體，范圍自堤腳布設至坡頂，達到削浪防護。

4.2 增設護底

該防護堤處于海域強浪區域，堤腳沖刷淘蝕嚴重，需在防護堤腳處增設護底，向海里延伸寬度為20.0 m。護底結構應用已有相當長的歷史，傳統護底結構主要采用拋石、合金籠裝石等形式。根據防護堤沖刷程度，經計算研究采用砼聯鎖排進行護底，砼強度等級為C35。

4.3 防護堤路面加固

由于防護堤路面路基部分被淘空，堤頂擋墻不均勻沉降，斷裂。修復措施是對路基掏空處，采用C30細石混凝土填充；對于沉降、斷裂的擋墻拆除，重新澆筑C30鋼筋砼。

4.4 高壓旋噴樁及級配料灌漿

堤底以下土層主要有淤泥和淤泥質粘土、粉質粘土組成。其特點是含水量大，強度低，摩擦角小，具有蠕變和觸變特性。此現狀及易造成堤腳外移，堤身結構破壞，隨即會被沖刷掏空。結合海底土質特性，分析研究用雙管高壓旋噴樁及級配料灌漿工藝。距離防浪墻內側3.85 m處設一條旋噴灌漿軸線，孔距1.0 m，墻體寬（樁徑）1.0～1.2 m；高壓旋噴樁自堤頂插入海底相對較硬土層深15 m；采用雙管高壓及級配料灌漿工藝形成既能防滲又能抗沖刷隔墻。墻體強度：海底軟土區為3～5 MPa，堤坡防護區級配料灌漿強度為10～15 MPa。

4.5 雙管高壓旋噴樁及級配料灌漿的作用

樁的作用由三點：穩定防護堤結構，旋噴樁隔墻限制了堤底軟弱土層因流變特性引起堤腳外移；減緩沉降速率。因軟弱土層蠕變引起的堤身沉降過大，迫使土體結構破壞，滑移；堤內高壓旋噴樁形成防滲隔墻，阻止海水對沖填土體沖切和淘蝕。

5 結語

海港防護堤多處受風暴潮的淘刷，堤坡出現了滑移和坍塌。經過鉆探勘察、地質雷達和電法探測及試驗數據的統計，分析了防護堤損壞的原因，通過研究制定了實施措施和加固方案。修復后經過多年的實踐考驗，工程完好。同類工程可以借鑒應用。

參考文獻

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