海堤堤基沉降處理與穩定性分析
——以東莞市交椅灣某海堤工程為例

陳嘉穎

(廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510630)

基于我國淺海開發規模的擴大，各種大型海堤工程已建成或正在建設，其主要包括圍海造地、海港建設、防波堤等。由于沿海廣泛分布著軟弱黏性土層，具有含水量高、壓縮性高、抗剪強度低、承載力低等特點，基于此類軟弱地基修建海堤工程極易產生較大的沉降，且沉降延續時間較長，直接威脅海堤運行安全。為此，在海堤工程施工期間，必須要加強海堤堤基沉降處理，將沉降變形控制在規范要求內，保證后期海堤工程發揮應有的防護作用。

1 工程概況

本工程為東莞市新建交椅灣板塊段剩余南部約4.73 km段海堤，設計防潮標準100 a一遇，永久護岸工程(含水閘)的安全等級為1級，工程建設段臨時護岸工程的安全等級為3級。本工程采用復式斷面堤型(陡墻—斜坡式堤)，堤防前坡主要采用二級觀海平臺(寬5.0 m)+框格草皮護坡(坡比1∶3)。堤頂設置7.4 m寬道路，為C30混凝土路面結構，設計堤頂高程為4.5 m，二級平臺頂高程為2.5 m，防浪墻頂高程為5.0 m。堤頂每隔50.0 m布置一道3.0 m寬的彩磚人行步道至二級平臺。

本工程堤防下地基軟弱層主要為淤泥，軟塑為主，局部流塑或可塑。分布較連續，所有鉆孔均有揭露。鉆孔揭露厚度3.10～10.70 m，平均厚度 6.90 m，頂板高程-3.15～2.05 m，底板高程-9.20～5.98 m。淤泥層以下為黏土層，接著是淤泥質層，物理力學指標均較差[1-2]。

2 海堤堤基沉降處理措施

2.1 處理方案

為減少堤身及擋墻等結構的沉降，滿足結構穩定要求，同時針對本工程中海堤堤線較長，地基處理范圍廣的特點，結合類似工程的經驗，對堤身范圍內的堤基采用塑料排水板作為豎向排水體，與堤身自重加載預壓相結合進行處理。

堤身前期先采用施工平臺預壓，平臺頂高程為2.20 m。同時為保證排水板的排水通暢性及基礎沉降的均勻性，在排水板施打之前，在堤身位置先布置兩層砂陂并設一層單向高強度土工格柵，然后填砂至排水板設計頂高程。考慮到平均低潮位時護岸坡腳處淤泥不露出水面，滿足親水岸線的景觀需求等因素，迎水面拋石及混凝土格柵在砂被沉降穩定后，統一布置在平均低潮位以下。

2.2 處理措施

(1)豎向排水體選擇。豎向排水體一般采用砂井或塑料排水板，本工程采用塑料排水板，其主要優點是材料質地均勻可靠，排水效果穩定，單孔過水斷面大，排水暢通，質量輕、強度高、耐久性好，施工方便，是一種較理想的豎向排水體，應用越來越廣泛[3]。

(2)施工平臺建設。本工程在迎海面的堤身外側拋填膜袋砂至2.20 m高程形成施工平臺，利用平臺在堤身填筑范圍采用履帶式插板機插打排水板，施工期平臺迎海側做好防護，且平臺高程在平均高潮位以上，插打排水板施工基本不受風浪影響。

(3)塑料排水板打設。塑料排水板的打設深度與土層分布、地基中附加應力的大小、建筑物對地基變形及穩定性的要求以及施工期限等因素有關。根據本工程的地質情況，淤泥層厚度大部分在5～8 m，加上下層黏土、淤泥質土層厚8～15 m，插板穿透流泥/淤泥或淤泥混砂層并進入下臥中粗砂層0.5 m，排水板間距1.0 m，正方形布置。

3 海堤穩定與沉降計算

3.1 海堤抗滑穩定計算

(1)計算斷面。從地質資料看，本項目堤線所在位置軟土地層較為深厚，多數堤段淤泥、淤泥質等軟土層深度超過13.0 m，最危險滑弧一般出現在深層滑動。本工程堤基軟土層分層亦較為平緩，因此，按海堤結構型式類型選取典型地質橫剖面計算。

本工程二級平臺以下采用預制混凝土管樁支承，管樁深入至地基持力層(砂礫層)1.00 m，對海堤整體深層滑動穩定是有利的，可阻止滑弧入口往前推移。因此，計算時，對該區域軟土的抗剪指標進行適當提高，以符合實際情況[4]。

(2)計算工況。本工程施工期安全穩定計算工況以地基土排水固結措施完成3個月以后的工況為準。另外，本工程新建堤與原有塘埂的距離約40.0 m，施工平臺排水固結后新建堤與原塘埂區域可直接推填，堤后填筑高程為4.5 m，幾乎與堤頂路面齊平，堤后坡不存在安全滑動隱患，無須再考慮堤身背海坡的抗滑穩定計算。

海堤整體穩定計算工況及水位組合見表1。

表1 臨海坡穩定計算工況及水位組合 m

(3)計算方法。邊坡穩定計算根據《海堤工程設計規范》 (GB/T 51015—2014)，采用瑞典圓弧滑動法。

(4)計算結果。各計算斷面抗滑穩定計算成果如下：①海堤各計算斷面抗滑穩定計算結果：臨海坡安全系數K：施工期(堤基已完成固結措施)工況：1.430；運行工況：1.353；水位降落：1.348；地震：1.380。②海堤 2.20 m 施工平臺各計算斷面抗滑穩定計算結果：施工期工況：背海坡安全系數K：1.934；臨海坡安全系數K：1.282。

3.2 海堤沉降計算

(1)計算方法。根據規范GB/T 51015—2014推薦的分層總和法,采用地基各土層的e～p曲線計算；同時按照《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》(JTG/T D31-02—2013)與《公路路基施工技術規范》(JTG/T 3610—2019)推薦方法計算任意時刻地基的沉降，由此可以計算各分級加載下的沉降量以及竣工后任意時刻的殘余沉降量，并形成圍堤盆形沉降曲線。

(2)計算工況。沉降計算應包括堤頂中心線處堤身和堤基的最終沉降量和工后沉降量。荷載計算條件取低潮位均值-0.543 m。

根據規定，公路軟土地基路堤在基準期內的殘余沉降量不應超過0.5 m。為滿足工后殘余沉降不超過0.5 m的控制標準，堤身地基采用打排水板加快基礎固結，排水板的長度由計算確定。根據本工程的具體情況、用地性質，堤壩沉降按50 a設計基準期計算。

(3)計算斷面。根據地質斷面及堤身斷面型式選擇。

(4)計算成果。海堤斷面沉降計算結果見表2。本次計算斷面的堤身部位由于施打了排水板，能滿足基準期殘余沉降量<0.5 m和竣工期平均固結度>0.8的要求。堤身部位施工后殘余沉降較小，根據計算結果，堤身部位預留沉降10 cm。

表2 海堤斷面沉降計算成果 m

施工平臺結束以后，由于樁體深入砂層，二級平臺沉降減緩。二級平臺后堤身沉降與施工平臺存在一定的沉降差，施工過程中采取堤身分層填筑施工以及平臺頂面預留施工口，后期填筑減少沉降差的影響。

實際施工時應加強對海堤施工過程的沉降觀測，根據實際沉降觀測成果修正計算，預測工后殘余沉降和預留各部位超高。

4 結 語

在軟土地基上修建海堤工程時，由于軟土具有不均勻性、低強度、低透水性以及高壓縮性，極易出現沉降變形問題，引發嚴重后果。基于此，在海堤建設時，必須結合區域工程地質特性，合理制定堤基沉降處理方案，落實相關工程處理措施與穩定性分析工作，為海堤工程后期安全穩定運行奠定堅實的基礎。