施工期沉降值估算法在吹填工程中的應用

王曉強、張海杰、丁 亮

（中交上海航道局有限公司，福建 廈門 361000）

施工期沉降值估算法在吹填工程中的應用

王曉強、張海杰、丁 亮

（中交上海航道局有限公司，福建 廈門 361000）

吹填工程中施工期沉降值的估算具有重要意義，目前部分吹填項目的綜合單價包含沉降量，需合理確定吹填預留標高值，沉降值的估算準確度直接關系到工程的成本和利潤。本文通過小洋山北側圍墾一期吹填砂施工C4標招標過程中對吹填砂施工期沉降量的估算為例，介紹施工期沉降值估算法在實際中的應用。

吹填工程；施工期沉降值；估算法

1 工程概況

小洋山北側圍墾一期吹填砂施工C4標圍區面積總計約42.75萬m2，天然泥面以下為5.0m厚的灰黃色淤泥層，天然泥面標高約為+2.5m，吹填標高為+6.0m，理論吹填塘容量為141.5萬m3，C4標圍區平面布置圖見圖1所示。要求吹填單價為綜合單價，自行考慮施工期沉降量。

圖1 小洋山北側圍墾一期吹填砂施工C4標平面圖

2 吹填施工期沉降值計算理論

2.1 孔隙比法

根據吹填施工區域吹填施工工前、工后的地質鉆孔土工指標確定各土層的工前工后孔隙比，通過空隙比的變化能夠直接確定出土層的沉降值。

式中：

S—土層的計算沉降值（m）；

H—土層計算厚度（m）。

2.2 含水量法

吹填工程天然地基一般都長期處于水面以下，可以認為是飽和結構，其含水量與孔隙比兩個指標存在著相關性。地基土的固結過程表現為土的超靜空隙水壓力的消散和含水量的降低，以及孔隙比的減小。根據地基土工前、工后土樣的物理力學指標亦可以判斷地基的固結程度和沉降值。

理論計算地基最終沉降值及固結度，必須建立在詳細準確的地質勘查報告的基礎之上。其中，地質勘查報告中必須包括：地質報告、水深測圖、鉆孔剖面圖、鉆孔平面布置圖、e-p曲線圖和土工物理力學指標匯總表。其中各層土的物理力學指標匯總表中必須包含以下數據：天然重度、天然含水量、天然孔隙比、壓縮系數、壓縮模量、水平向和豎向的滲透系數、水平向和豎向的固結系數。

3 吹填工程沉降計算方法確定

C4標的吹填施工期沉降值的估算由于上層淤泥厚度太大而存在很大不確定性，但仍可以借鑒周邊以往工程的施工記錄數據和經驗進行確定。

中交上海航道局有限公司在進行洋山四期BC區陸域形成及天然地基加固工程吹填及地基加固過程中進行了大量的施工監控，積累了豐富的觀測數據。同時擬投標的C4標與BC區工程地距離很近，且工程地質、水動力條件相似。因此，可根據BC標施工過程中的觀測經驗及相關資料，可參照確定本工程吹填施工區域的預留沉降量。

3.1 C4標吹填施工期沉降值典型計算點的選取

通過分析C4標施工范圍內的地質勘查報告選取典型沉降計算點，選定C2勘探點作為此次計算的代表點。C2點灘面高程+2.5m，上覆淤泥層厚度為5.0m，基本能夠代表整個圍區的平均地質狀態，有關C4標C2探測點剖面圖及鉆孔柱狀圖分別見圖2和圖3所示。

圖2 C4標C2探測點剖面圖

圖3 C4標C2鉆孔點柱狀圖

由于大部分圍區分為淤泥層和淤泥夾粉砂層，上層淤泥層含水量很高且滲透性很差，故下層淤泥夾粉砂層可以近似地認為無排水通道，吹砂期間的沉降值可以忽略不計。

3.2 BC標吹填施工期沉降值典型計算點的選取

根據洋山四期BC區陸域形成工程的工前地質勘察報告、工前地形測量圖、工前勘察點位布置圖、陸域形成平面布置圖、施工監測平面布置圖等，分析得出B區東北側L166鉆孔點與C4標施工區域區位相似，都是一半邊界由往期工程邊界構成，且均為凹陷形的海岸。此點原始灘面標高-5.2m，同樣含有約5.0m厚的淤泥層，BC標L166點地質剖面圖見圖4所示。

圖4 BC標L166點地質剖面圖

3.3 C4標C2計算點和BC區L166計算點的相關性分析

C4標C2點與BC區L166點工況對照表和C4及BC區工前地基土主要物理指標分別見表1和表2所示。

表1 C4標C2點與BC區L166點工況對照表

表2 C4及BC區工前地基土主要物理指標

4 施工期沉降值的計算過程

4.1 BC區L166點沉降計算

L166點工前工后土物理指標變化對照見表3所示。

表3 L166點工前工后土物理指標變化對照表

基于表3對比數據，可見淤泥層含水率和孔隙比工后均有所降低，可以通過含水量法和空隙比法確定淤泥層的沉降值。

（1）孔隙比法確定吹填施工施工期沉降值

根據公式（1），L166點淤泥層可以得出沉降值為：

備注：土的沉降變形直接表現為土的空隙比的減小，故根據土的工前工后孔隙比的變化，以及計算土層厚底能夠直接確定出土層的沉降值。

（2）含水量法確定吹填施工施工期沉降值

根據公式（2），L166點淤泥層可以得出沉降值為：

L166點淤泥層吹填砂結束時的沉降值取含水量法和孔隙比法兩者計算的平均值，取0.32m。

4.2 C4區C2點沉降計算

C2點和L166點沉降值的換算系數的大小由壓載時間、附加應力大小、縱向排水通道滲透性的大小、土體本身滲透性大小的影響。通過分析以上四個因素，確定各關系的倍數，最終確定綜合沉降值的換算系數。

根據滲流公式：

對于此處淤泥土都未經進行地基處理，故水平向滲透性不予考慮。此處總水頭即為附加應力大小值，對L166點的縱向滲透性由較小的土層約束，故選取II1土層滲透性作為總滲透性，有關換算系數統計見表4所示。

表4 換算系數統計表

備注：換算系數與水力坡降、土滲透性、淤泥層厚度成正比，與加載時間成反比。

由表4得出，C4標C2點淤泥層吹填砂施工期沉降值為BC區L166點淤泥層的4.53倍，C4標淤泥層的預計沉降量為0.32×4.53=1.448m。

5 結束語

我國進行大面積圍海造地工程的區域一般都是淤泥質灘涂，天然地基以淤泥或者粘土為主，這類地基含水量高、空隙比大、滲透性差、壓縮性強，當在此種未經處理的天然地基區域進行吹填施工時，特別是在淤泥層或者流泥較厚的區域時，吹填施工期沉降量往往較大，吹填區域固結完成時沉降值往往能夠達到1.0米以上，沉降量有時甚至能夠達到泥塘理論容量約三成的量級。

針對吹填施工工后沉降量，工程人員一般更關心的是工后的總體沉降固結，以及施工期間的各個階段的固結度，對于施工中某一個階段的沉降值關注度較小。發包方往往把當中不易掌控的風險因素（如沉降值）轉嫁到施工企業身上，一般要求自行考慮沉降。隨著施工成本的不斷上升，其合理的投標報價顯得尤為重要。吹填投標報價當中一般以綜合單價（包含沉降量）形式進行，則沉降量成為了一個左右綜合單價高低的重要因素，也是一個關乎盈利與否的重要因素。因此對吹填施工企業而言，能夠合理準確測算吹填對施工期沉降值具有重大意義。

圍海造地工程吹填施工沉降量是其重點關注的問題，也是控制風險的重要方面。吹填施工中，其總的沉降值包括天然地基的沉降值和吹填土自身的沉降值。本文主要對然地基的沉降值進行了計算說明分析，但對于吹填土的沉降值未進行闡述。在工程中吹填土沉降值多以施工經驗進行確定，暫時無成熟的計算辦法用于指導施工。若吹填施工過程中和工后及時采集數據，并確保數據準確性，可以通過理論計算出吹填土沉降值，并最終確定出總沉降值，然后總沉降值結合沉降觀測數據進行修正，能夠較好指導施工。

工程施工技術人員若能夠較好掌握土力學及相關土工檢測的科學知識，在施工過程中始終保持清晰的分析思路，及時采集各種相關監測數據，并能夠驗證識別數據的質量及真偽。這能夠更加合理排布施工進度計劃，提高施工效率，減少資源的浪費。

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U615

A

1006—7973（2017）12-0063-03

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.025