海堤沉降變形監測分析及應急處置

陸鵬源

(中山火炬高技術產業開發區水利所，廣東 中山 528437)

0 引言

海堤是防御風暴潮水侵襲，減輕風暴潮水災害的重要水利設施，事關人民群眾生命財產安全和社會經濟穩定。然而，隨著近年氣候逐漸變暖，海洋災害頻發、海平面上升，海堤安全面臨的威脅也越來越大。海堤一旦潰決，將會造成重大生命財產損失，因此在海堤變形階段加強監測分析，采取有效的措施避免發生滑坡災害意義重大。

目前對海堤的研究眾多，如劉漢龍等人研究了真空預壓技術在加固海堤軟土地基上的應用；戴金水研究了水泥攪拌樁在海堤淤泥質地基加固中的應用；葉丹研究了插砌條石加糙在海堤消浪設計中的應用；李倩研究了汕頭市東部城市經濟帶海堤工程種堤頂高程及堤身斷面方案的確定；段濟雄通過水力坡降計算對海堤防滲措施進行對比分析，從而進行滲流控制設計；張言等采用ANSYS有限元軟件對海堤加固方案進行了數值模擬和優化。然而，多數研究側重于海堤加固設計方面，鮮有關于海堤沉降變形監測分析與處置措施方面的研究。

文章針對中山市某海堤加固項目，結合監測數據對堤身沉降與變形進行了分析，通過采取砂石轉運、開挖排水溝以及加強監測等應急處置措施，有效遏制了沉降變形的發展，為類似工程提供參考。

1 工程概況

中山市位于珠江口西岸，三面環水，珠江磨刀門、橫門、洪奇瀝等主要水道流經境內，全市共有外江防洪(潮)堤防377.00 km。地理位置和地形地貌決定了其既受洪水威脅又受臺風暴潮影響，堤防安全面臨著嚴峻的考驗。

項目位于中山市中東部，地層自上至下分別為人工填土層，淤泥質粉質粘土層、淤泥層、中粗砂和燕山期花崗巖層，其中淤泥質粉質粘土層平均厚度10.45 m，層頂埋深0.00～7.50 m，淤泥層平均厚度35.62 m，層頂埋深6.60～20.80 m。地下水位埋深為0.10～3.40 m。

海堤級別為3級，設計防洪(潮)標準為100年一遇。采用釘型水泥土攪拌樁加固地基后對堤身進行加高培厚處理，堤頂新建混凝土防浪墻。回填土施工后，堤身于2020年8月發生變形以及非正常沉降。

2 沉降變形監測分析

2.1 堤身變形

為監測堤身在填土過程中的穩定性，在防浪墻布置了多個監測點，圖1堤頂防浪墻向外海側的位移監測結果。由圖可知，堤身在8月6日向橫門水道方向突發大變形，最大變形量108.00 mm，8月9日前后變形量逐漸減小，8月下旬達到基本穩定。當地氣象、水文資料顯示，項目所在區域8月5日發布暴雨橙色預警，全市最大累積雨量超90.00 mm。雨水下滲增加了土體容重，使土體飽和軟化，抗剪強度降低。此外，8月1-7日間外海潮差連續7 d超過2.00 m，最高達2.47 m，如圖2所示。由于淤泥與淤泥質土的滲透性低，孔隙水壓力消散慢，水位的頻繁大幅下降使堤身孔隙水壓力激增，加之水位下降對堤身產生的“拖拽效應”，大大增加了堤身變形的風險。

圖1 堤身變形監測結果圖

圖2 項目區域潮位變化曲線圖

除此之外，變形堤段的堤后存在大面積砂石堆，最大堆載高度達15 m，堆載高度最大的范圍約位于樁號K7+820～K7+844堤段。在暴雨的作用下，沙堆吸水增重增加了對堤身的附加應力，是引起大變形的主要原因之一。根據監測結果，K7+862監測點變形量最大，向兩側逐漸減小，主要是受砂石堆載的影響。

2.2 堤身沉降

圖3為堤身沉降監測結果。由圖可知，前期堤身由于回填土固結沉降量穩定發展，8月6日前后沉降量速率增大。如前所述，這是強降雨、堤后砂石堆載以及高潮差多重疊加的結果。隨著潮位的漲落，堤身沉降發生較大波動。8月17日前后累計沉降量減小，主要原因是期間潮位高漲，尤其是8月22日，更是達到了當月最高潮位2.22 m，如圖2所示。高潮位下，水壓力將堤防向背水側推擠，致使堤身向上拱起。

圖3 堤身沉降監測結果圖

3 應急處置措施

為防止堤身變形進一步發展，項目立即啟動應急機制，全面落實24 h堤防巡查值班以及信息上報制度，并研究制定了一系列應急處置措施，以確保堤身安全。

3.1 砂石轉運

如前所述，堤后砂石堆載是堤身變形的主要原因之一，砂石轉運工作對遏制變形的發展，保障堤身安全至關重要。為了確定砂石場堆載影響的臨界距離，文章采用有限元軟件進行了計算分析，結合現場砂石堆情況，模型選取堆載高度為10.00 m。

表1為不同堆載位置下堤身抗滑穩定安全系數計算結果，結果顯示，砂石堆距離防浪墻越近，安全系數越小，發生滑動破壞的概率越大。當砂石堆距離防浪墻距離>60.00 m時，繼續增大堆載距離對安全系數無影響。因此，認為砂石堆對堤身整體穩定無影響的臨界距離為60.00 m。本工程發生大變形后將砂石料退至距離堤頂防浪墻110.00 m，足以保證砂石堆載不會對堤身產生不利影響。

表1 堤后砂石堆載影響計算結果表

3.2 開挖排水溝

降雨入滲使地基含水率增加，從而降低抗剪強度，隨飽水時間越長，強度降低越嚴重。在發生大變形堤段全段設計開挖一條底寬1.00 m，深1.00～1.50 m的寬度的排水溝，以排除堤內積水，從而緩解變形的發展，有效地防止滑坡的發生。

3.3 加強監測

堤身發生大變形后，該項目開展了更高精度的監測，精度為3級，共在防浪墻布置18個監測點。表2為8月14日-10月14日的堤身沉降與變形監測結果。結果顯示，防浪墻最大累計沉降38.00 mm，而該堤段設計總沉降量為190.00 mm，沉降量在可控范圍內。

表2 防浪墻沉降與變形監測結果表

在垂直堤身方向，共8個監測點向背水側發生變形，最大值15.00 mm，7個監測點向臨水側發生變形，最大值7.00 mm，3個監測點累計變形量為0.00 mm，沉降與變形在不同監測時間呈現波動狀態。而根據施工期間在未發生大變形堤段上的監測結果，防浪墻在潮漲潮落的影響下最大變形量也達7.00 mm。因此，認為上述處置措施較為有效，海堤變形和沉降基本趨于穩定。

4 結論

中山市某海堤加固項目在施工過程中突發較大沉降與變形，危及大堤安全。結合防浪墻沉降、位移監測數據，對其時空分部規律進行了分析，并提出了幾點應急處置措施，主要結論如下：堤身沉降變形主要是以下幾方面因素疊加影響的結果：受強降雨影響，堤身土地吸水增重并且泡水軟化；連日高潮差導致堤身孔隙水壓力激增，同時潮水位下降對堤身產生拖拽效應，下滑力增大；堤后砂石堆吸水增重，對堤身產生的附加應力增大。砂石堆對堤身整體穩定影響的臨界距離為距離防浪墻60.00 m，該項目砂石轉運至110.00 m以外可保證其對堤身基本無影響。根據后期監測結果，堤身累計沉降最大值38.00 mm，向臨水側變形最大值7.00 mm，結合設計沉降量與正常運行段堤身變形觀測結果，可以判定堤身基本趨于穩定。