塑料排水板在堤基工后沉降量中的應用

韓志衛

（福建興禹建設工程設計有限公司，福建泉州362000）

1 工程概況

羅源灣開發區松山片區大、小獲片防洪排澇工程作為項目區填海工程的配套工程，工程治理范圍為羅源灣松山片區大、小獲片區（包括臺商投資區A片區、B片區）。本工程項目區防洪標準50年一遇，排澇標準20年一遇。工程新建堤防總長15619m，其中大獲溪新建防洪堤11374m，小獲溪新建防洪堤4245m；新建3座水閘，2座泵站，1座排澇箱涵。

本文主要針對工程中新建堤防淤泥堤基段采用塑料排水板進行基礎處理的成果進行分析。

2 堤基地質狀況

工程區位于羅源縣松山鎮，地貌上屬丘陵、海灣灘涂與濱海地貌單元連接地帶。根據鉆孔揭露，場地巖土體類型自上而下劃分為：

（1）淤泥質填土①-1厚度0.30～4.00m，素填土（填筑土）①-2厚度0.80～2.60m。

（2）黏土②層厚度0.40-2.50m。

（3）礫卵石③厚度2.70～9.90m。

（4） 淤泥④厚度0.80～34.80m，礫砂④-1厚度0.70～4.00m。

（5）粉質黏土⑤厚度0.40～13.20m，中砂⑤-1厚度0.80～3.20m。

（6）礫卵石⑥厚度7.3～24.0m。

（7）殘積砂質黏性土⑦厚度4.20m。

（8）全風化花崗巖⑧厚度2.60～10.10m。

（9）強風化花崗巖⑨最大揭露厚度8.70m。

本文主要研究下游深厚淤泥段，在小獲溪XH0+650m起中下游段及大獲溪DH1+000m起中下游段堤線堤基淺層分布有較厚的淤泥層，分布厚度10～30m，最大達34.60m，工程性能差，承載力低，抗剪強度低，壓縮性大，需固結時間長，在堤身加荷較快時，堤基變形量大，易產生滑動破壞。

較厚的飽和軟弱土層，長期浸水時，不利于軟土產生較快的排水固結以提高其抗剪強度。該土層與建筑物基底的摩擦系數較低，在巨大水平力推動下，尤其是堤岸后側高填方造地地帶，沿著軟弱夾層面較易發生堤岸擋墻的表層或深層滑動。

本次采用地基處理或對堤段嚴格控制加荷速率，逐級加荷，并加強沉降觀測。

3 堤防斷面設計

根據項目初設報告，大獲溪樁號dhx0+700~6+915段及小獲溪樁號dhx0+500~2+500段，斷面采用復式斜坡斷面，迎水面坡度采用1∶2.5，在4.5m以下格賓石籠護面，4.5m以上換填50cm厚種植土，三維土工網墊，草皮護坡。堤頂寬6m，并設置防浪墻，堤頂采用透水磚鋪設，背邊坡≥1∶2開挖或夯填與地面相接，如圖1。

圖1 堤防斷面設計

4 塑料排水板基礎處理

根據工程需要及建設工期的進度安排 （總工期36個月），要求堤防在建設過程中及完建后滿足穩定要求，完工后沉降控制在50cm內。

4.1 基礎處理方案

4.1.1 軟弱土層

根據堤防斷面及堤基地質情況，針對地基中存在的軟弱土層，采用堆載預壓、真空預壓、換填墊層（拋石擠淤）或復合地基（水泥土攪拌樁）等處理地基。

4.1.2 深厚軟土層

對于深厚的軟土地基采用排水固結法進行加固，從技術和經濟考慮，塑料排水板方法經濟、有效、可行，較為適合本工程的地基處理，

4.1.3 堤防

主要是對基礎進行加速固結，提高抗滑指標，基礎處理采用砂墊層+塑料排水板方案，即打設塑料排水板堆載預壓加固軟土地基。

本工程下游段堤防地基沿線均為深層淤泥，深度5～34m，工程堤防的基礎采用打設塑料排水板處理+迎水坡拋石壓蓋結合處理，達到堤防的沉降控制、護岸整體抗滑穩定。塑料排水板采用梅花形布設布設，樁距1.2m，排距1.2m，排水板處理橫向范圍為堤防前后坡腳外側各延伸5m，排水板打設要求嚴格參照JTS206-1—2009 《水運工程塑料排水板應用技術規程》，本次排水板打設按照地勘實測淤泥深度進行分段。

4.2 堤防沉降計算

大獲溪（樁號dhx0+700）和小獲溪（樁號xhx0+500）以下堤基采用堆載預壓處理，同時打設塑料排水板，加速排水時間及基礎淤泥的固結。此過程將產生較大的沉降量，分別對堤基采用塑料排水板處理和不進行處理堤基進行計算。

計算參考GB50286—2013 《堤防工程設計規范》、JTS206—2019 《水運工程塑料排水板應用技術規程》、DB33/T904—2013《公路軟土地基路基設計與施工技術規范》等。

4.2.1 計算參數

本次地基淤泥指標，重度15.0kN/m3，直剪c=9.4kPa，φ=1.9°，直剪快剪cq=9kPa，φq=7.7°，固結不排水剪ccu=11kPa，φcu=13.8°，如表1，表2。

表1 淤泥④固結試驗指標

表2 淤泥④壓縮試驗指標

4.2.2 斷面及計算條件

（1）根據初設報告設計的斷面型式及設計控制高程，大、小獲溪取4個堤高的典型斷面進行計算，分別為5，6，7，8m（實際堤高是變化的，所以具體施工時根據具體設計高程進行微調控制加荷）。本文主要選取8m堤高對應堤基34m深淤泥的典型斷面進行計算，其他斷面原理相同。

（2）根據相關軟基施工及地勘報告成果，在淤泥上需要先進行基礎處理再進行堤防施工，同時上部堤身嚴格控制加荷速率，逐級加荷，并加強沉降、深層位移監測。

項目擬定施工安排如下：堤高8m，分5次加荷。堤身加荷時間安排：

（1）第1次加荷至結束時間，即第1～4月份，堤身加荷土層厚度2m。

（2）沉降1月后，第2次加荷至結束時間，即第6～8月份，堤身加荷土層厚度1.5m。

（3）沉降1月后，第3次加荷至結束時間，即第10～12月份，堤身加荷土層厚度1.5m。

（4）沉降1月后，第4次加荷至結束時間，即第14～16月份，堤身加荷土層厚度1.5m。

（5）沉降1月后，第5次加荷至結束時間，即第18～20月份，堤身加荷土層厚度1.5m，加載結束。具體施工時可根據現場監測情況對施工時間進行調整優化。

本次計算總時間按照50a計算，即計算50a內的沉降量。其中施工期按照加荷20個月周期計算，超出20個月后為工后沉降量。

4.2.3 計算方法及軟件

計算方法采用參考規范中的分層總和法 （淤泥壓縮指標采用壓縮模量）及相關固結度的計算方法。計算軟件采用理正的《理正巖土計算5.5版》中復雜軟土地基堤壩設計計算程序執行。

根據GB50286—2013 《堤防工程設計規范》，堤身和堤基的最終沉降量，按下列公式計算：

式中 S為最終沉降量 （mm）；m為修正系數，可取1.0，對于軟土堤基，本次采用1.5；n為壓縮層范圍的土層數；e1i為第i土層在平均自重應力作用下的孔隙比； e2i為第i土層在平均自重應力和平均附加應力共同作用下的孔隙比； hi為第i土層的厚度（mm）。

4.2.4 計算成果

防洪堤沉降量計算成果，如表3及圖2～3。

表3 防洪堤沉降量計算成果

圖2 設塑料排水板堤防

圖3 不處理基礎堤防

從圖2，圖3看出，采用塑料排水板處理地基，控制加荷速率等措施后，堤身沉降在施工期基本完成，沉降3.295m，竣工后堤身殘余沉降（0.129m）很小；沒有進行塑料排水板處理時，施工期沉降量僅0.497m，工后殘余沉降量為2.004m，沉降量太大，對工程后期的運行非常不利，同時施工期增加的堤高不合常規。

上述成果為理論計算值，實際施工時，需要加強現場進行監測，并根據監測的實際參數進行推算，固結指標等，確定沉降量及相關參數，并適當合理調整施工安排。

5 結語

羅源灣開發區松山片區大、小獲片防洪排澇工程采用塑料排水板進行堤基處理，可加快堤基的固結，減短沉降時間，同時提高了堤基的抗剪參數、承載力等強度指標，增強了堤身的穩定指標。