基于管理因素的堤防工程工后不均勻沉降分析

徐馮君

（浙江同濟科技職業學院，浙江 蕭山 311215）

0 引言

堤防工程能抵御沿海地區風暴潮災害的侵襲。在我國沿海地區，軟土分布十分廣泛。軟土含水率高，孔隙比大，壓縮性大，抗剪強度低，固結時間長，且流變性顯著。由于這些特性，軟土地基上的堤防工程需進行軟土地基處理以及沉降分析。根據堤防的特性和使用要求預測施工期和工后沉降，成為此類項目施工和管理的重要內容之一。

堤防工后沉降指堤防竣工驗收后軟土地基的固結沉降量，工后沉降過大，海堤防潮、防洪就達不到設計要求。軟土地基處理中要解決的兩個關鍵問題就是地基變形和地基穩定。對于深厚的軟土地基，地基的沉降計算及工后沉降控制是該類地基處理的核心問題。由于軟土的復雜性，對于軟土地基的變形或沉降計算的準確性一般。目前，計算理論相對成熟，但設計和工程實際之間仍有差別。

本文結合現場實測原位觀測數據與理論計算，充分考慮實際施工條件，對堤防工程全線的工后沉降進行分析。

1 堤防工程工后沉降控制現狀

目前以理論計算為主，常見方法有：

1）采用平面應變有限單元法對海堤位移和地基強度的發展變化進行研究分析[1]。計算結果表明，在海堤地基固結過程中，隨著土體有效應力的提高，土體抗剪強度相應增大，且上覆土層越厚，土體抗剪強度增長越大。計算結果與實測資料較為接近，驗證了有限元模型及參數的合理性，對海堤地基評價有現實意義。

2）數學歸納法。根據施工期現場原位觀測實測數據，分析堤身荷載作用下地基土體壓縮沉降變化趨勢，利用雙曲線公式和指數曲線模型推算地基土體的工后沉降量，確保軟土地基堤防的高程滿足設計要求。分析表明，指數曲線模型優于雙曲線模型[2]。

3）在室內試驗和實測沉降的基礎上，采用plaxis有限元軟件對實際工程項目全過程施工進行模擬，采用粘性土彈塑性模型對堤壩沉降變形進行平面應變情況的模擬,與實測結果比較接近,并能很好地模擬工后沉降,解決由經驗判斷產生的較大誤差。

4）建立基于MATLAB的BP神經網絡-實時跟蹤組合預測算法模型,并用原型觀測數據對其進行校核和檢驗,最后將該算法結果與灰色理論中的GM(1,1)模型結果進行比較，對海堤工程工后沉降進行預測。

但是，上述理論計算都建立在理想條件下，結合勘察報告與原位觀測成果，針對某幾個沉降點和斷面進行計算。而實際的堤防工程線路長，地基千變萬化，前期勘察難以面面俱到。特別是海堤工程，施工周期長，政策處理難度大[3-4]。在潮水的作用下，四五年前的勘察結論可能與施工期的地基存在較大的變化。建設方和施工方的管理也是制約工后沉降的重要因素。

2 幾個海堤原位觀測數據分析比較

分析浙江沿海近幾年的海堤原位觀測的沉降數據可以發現，大部分沉降點位的實測總沉降量與理論計算值基本吻合，但不同斷面，特別是不同標段的沉降量差異明顯。究其原因，首先是地基條件不同，其次是不能全線同時加載。

對于建設和監理單位，存在政策處理的干擾。部分堤線可能施工條件理想，可按設計要求按部就班、分層填筑施工，在現場原位觀測數據的指導下，輔以理論計算，工后沉降能有效預測和控制。而部分堤線由于政策處理、施工條件不理想等原因延遲開工，整個項目周期的中途甚至尾期才開始趕工，沉降難以控制，甚至存在地基穩定隱患。

對于施工單位，出于施工條件、成本控制等因素的考慮，施工過程中不能完全按照設計和規范要求合理安排全線同時施工，各施工段填筑厚度、分層填筑控制、間歇時間控制等差異較大，全線路工后沉降難以統一計算和控制。軟基處理如果采取土工布、塑料排水板+碎石排水等方式，后續加載若不能及時跟進，會造成淤積，影響排水深度和速度，進而影響施工期沉降和工后沉降，與理論計算值也會形成差異。

由以上三個海堤工程的原位觀測數據統計可以看出，同一個圍涂項目，完工時全線不均勻沉降現象明顯，最大差值達到140.4cm，排除地基條件差異等影響因素，施工不同步是主要原因。在荷載基本相同、設計高程相同的條件下，施工期沉降與工后沉降之和理論上應趨于一致。如果不一致或差距較大，工后不均勻沉降也很明顯，個別斷面在幾年后甚至達不到設計高程，影響使用。

表1 各堤防項目實測沉降量統計表

圖1 大嵩各斷面總沉降量曲線（4年、7.9公里）

圖2 洞頭環島西片各斷面總沉降量曲線（4.5年、3.8公里）

圖3 峙南各斷面總沉降量曲線（3.5年、1.5公里）

3 工后不均勻沉降的影響

軟土地基上部在初期加載時，沉降速度快，沉降量大，如果整個項目做不到平行加載，則施工期的沉降量差異巨大，堤頂高程很難達到完工時統一的驗收要求。即使驗收時能夠做到高程統一，工后不均勻沉降也存在隱患。

施工期地基的總沉降量如果差別明顯，全線地質條件又無顯著差異，則對整個堤防的工后沉降有很大影響。一是延誤工期，需等待施工進度緩慢造成沉降滯后的堤段穩定以后才能進行路面施工和綠化等面子工程；二是帶來安全隱患，個別施工單位為了趕進度，會超載施工，造成地基孔隙水壓力超標，影響穩定；三是工后沉降差異大，驗收時全線高程統一達到設計要求，但運行期內不均勻沉降嚴重，一段時間后個別斷面甚至低于設計要求，達不到防潮要求。

綜上所述，軟土地基上堤防工程的工后沉降，不僅受到理論計算方法的制約，在某些情況下，工程施工管理還是主要影響因素。如果不均勻、不同步加載現象嚴重，驗收后一段時間內全線路會出現較大的不均勻沉降，既影響堤防的穩定、防汛防潮等規范要求，行車舒適度和美觀性也達不到要求。

4 結語

對于軟土地基上的堤防工程，施工期和工后沉降，目前的理論計算與實測值總量基本接近，但時間節點很難統一。原位觀測單位、監理單位、設計單位、業主等各參建單位應把握全局，結合實測原位數據，理論計算實時修正，指導和督促各施工單位統籌安排，最大限度保證施工的一致性，確保在合理的工期范圍內做到同時沉降，同時驗收。確保堤防在相當一段時間的運營期內，工后沉降達到設計和使用要求，減少不均勻沉降，提高堤防的穩定性、使用安全性和美觀性。