東南沿海護岸 大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析

劉君

摘 要：以寧德金蛇山市政填海造地工程施工為例，為了提高斜坡護岸堤壩建筑的施工效果，解決不均勻沉降對后期施工的影響，提出斜坡護岸下大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析的研究。首先研究了軟土地基的基本特性，以及影響其變形的主要因素。在此基礎上，分別從地質、施工以及建筑荷載角度，分析了其對地基變形的影響。最后綜合分析結果，對軟土地基變形速率進行計算。并進行試驗測試，試驗結果表明，所提方法計算的變形結果與實際結果的差異基本穩定在0.03mm以內，與真實值具有較高的擬合度。對于軟土地基變形速率的分析以及實際施工項目的應用具有一定價值。

關鍵詞：斜坡護岸;軟土地基;變形速率;實驗與分析

中圖分類號：TV551.3? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0135-03

1引言

地基變形是一個復雜的過程，在此過程中，其受到許多因素的影響，如地基情況、填土的性質、邊坡的形式、地形條件等[1]。合理的堤壩沉降計算方法應能在計算中考慮這些因素的影響。因此需要探討其對堤壩沉降影響的程度和規律[2]。借助模型試驗進行研究時，往往受場地和試驗設備的限制，難以反映實際情況[3]。研究某一參數對堤壩沉降的影響，需要多個類似的模型重復試驗，工作量較大。若采用計算機仿真技術，則可在計算機上做“試驗”，這對研究某些參數的影響非常方便易行。但是，高填方地基變形計算是高填方工程研究中一個基本而又亟待重點解決的問題[4]。基于此，本文提出斜坡護岸下大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析。通過該研究，以期為相關領域帶來新的研究思路。

2軟土地基特點分析

軟土地區堤壩施工的技術難題之一是地基變形，軟土地基含水量較高，但滲透系數較小[5]。因此，造成地基的抗剪強度較低，壓縮空間較大，具有較高的靈敏度。這些特點也造成其沉降穩定歷時較長、沉降變形程度較大，并且存在較為明顯的不均勻性。針對該問題，對軟土地基變形的準確分析，對于土方添加量、堤壩底寬設計、頂坡和邊坡調整、地基加固方法的選擇都影響著不同階段的施工時間。為此，在施工前準確判斷地基的變形情況，對于及時調整施工有著極其重要的意義，也是后期工程有效利用的保障。

3軟土地基變形速率分析

3.1固結程度分析

在斜坡護岸下，基本上都處在長期的水流沖擊中，由于固結度與固結時間因子有直接的關系[6]，因此固結時間因子可以表示為：

式（1）中，表示軟土地基的固結系數，表示軟土地基的固結時間，表示填充袋筑堤的水線接觸深度，表示無量綱數。

那么，在此條件下，可以得出地基強度受固結程度的影響程度為：

通常情況下，采用相同的土體，即具有相同的固結系數，因此固結時間也相同。

這樣也可以得出，在其他因素確定固定的情況下，在地基固結過程中，地基的強度隨時間的增加而增大，變形速率則隨時間的增加而減小，當達到其固結時間后，地基整體完成固結，其變形速率也將不再隨時間的推移而出現變化。

3.2地質因素分析

在斜坡護岸下，由于地層結構的運動變化，在該區域的地質結構中，大多包含泥沙等淺層地質組成，受不同施工工程的壓實程度影響，其對于疏松地層的改善情況也存在較大差異[7-8]。因此，本文對不同壓實施工與地質強度進行分析，假設地層含水量為a，泥沙比為n，壓實工程的施工強度為Q，那么可以得到施工后地層的強度為：

式（3）中，表示地層的承載系數。在一定范圍內，地層的強度隨著壓實工程的增加而逐漸增加，但在理論上，地層的強度不存在絕對強度，即當壓實工程強度達到一定值后，地層的含水量，泥沙間的空隙比都達到臨界最小值，其存在進一步縮小空間，但在實際上是難以實現的，這種情況一般認為可以滿足施工要求。

3.3荷載強度分析

在斜坡護岸下，軟土地基的變形速率除受地質因素和施工因素影響外，另外一個重要的因素就是其自身的荷載[9-10]。對于斜坡護岸下的大型填充袋筑堤而言，本文不考慮其外在附加荷載，主要分析其自身自重對于地基的影響。假設堤壩的單位地基面積上的荷載強度為W，那么其受到的外力作用強度可以表示為：

式（4）中，表示斜坡堤壩的建筑傾斜角度，表示地基自身在垂直方向上受到的重力作用。那么，此時的軟土地基強度為：

3.4地基變形速率分析

上述分別從地質因素、施工因素以及荷載強度三方面分析了軟土地基變形程度，一般情況下，三因素同時作用于堤壩軟土地基之中，最終導致其變形，那么可以得出，其變形速率為：

式（6）中，t表示建筑完工時間，通過上式可以判斷，當時間達到，時，主要影響軟土地基變形的因素為荷載因素，而隨著時間的增加，該值也將逐漸減小，最后可以忽略不計。

4實驗與分析

為測試分析結果的準確性，本文進行了實驗。同時，為確保試驗結果的可靠性，分別采用文獻[3]和文獻[4]提出的方法，同時進行分析。

4.1實驗環境

試驗對象為福建省寧德市蕉城區金蛇山圍海造地工程，本工程用海面積41.05萬平方米，陸域形成面積28.13萬平方米。全部水工護岸總長度為2087米，分為3部分組成：西南側護岸，長度為735米;東側護岸，長度為1301米;北側護岸，長度為51米;均采用充填袋堤心斜坡式結構。建設區位于濱海潮間帶和海域灘涂地段，屬濱海沉積地貌單元，最高潮位為5.15m，最低潮位為-4.21m，高潮位平均值為2.62m，低潮位平均值為-2.11m，漲潮階段的平均時長為6小時43分，落潮階段平均時長為5小時22分。自上而下，場地巖土層主要有淤泥、卵石，下伏為燕山晚期第三次侵入的花崗巖體及風化層，局部差異風化顯著，擬建場地土層結構相對較復雜，未見明顯不良地質構造通過。護岸采用斜坡式結構，河道底標高為-1.5m，底部鋪設防護土工布，上部壓護300mm厚的碎石和100～200kg塊石。堤心為充填砂袋結構，堤底為1m厚中粗砂墊層，同時設有塑料排水板以及高強土工格柵在堤底軟基處。堤頂高程為5.5m。

4.2實驗結果

在上述試驗環境下，分別采用三種方法對該施工項目的沉降情況進行分析。同時，由于大幅度的沉降現象一般較難出現，并且經歷時間較長，因此，本文以垂直距離上地基到地平線的距離為指標測試其沉降情況。其中三種方法的分析結果與實際測量結果如表1所示。

從表1中可以看出，對比三種方法的分析結果，文獻[3]方法雖然在前20天的分析結果較為準確，但在后期的沉降結果分析中，出現較大差異，而文獻[4]方法始終與實際結果存在較大偏差。而本文方法的分析結果與實際結果具有較高的擬合度，其差異基本穩定在0.3mm以內，這主要是因為本文提出的分析方法實現了對地質因素、水文環境、施工情況的綜合分析，實現了對最大限度的地基變形因素分析，提高了分析結果的可靠性。

在此基礎上，分別采用上述三種方法計算地基在側向上的變形程度，并以坡腳的位移為參考，測得地基的實際變形情況，得到的變形速率曲線以及實際沉降速率曲線，其結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，對比文獻[3]和文獻[4]方法，本文方法得出的水平方向上的地基變形速率與實際結果最為接近，差異基本穩定在0.01mm以內，這主要是因為本文對引起地基變形的因素進行綜合分析，實現了全方位、高精度的變形速率分析。

5結語

（1）合理地分析施工地段的地質因素、環境因素以及實際施工情況，準確分析地基變形情況，并基于此及時作出施工調整，對于項目的使用壽命及安全性都有著極其重要的意義。

（2）本文提出的斜坡護岸下大型填充袋筑堤軟土地基變形速率分析。通過對全面分析影響地基變形的因素及強度，提高了對比變形速率的計算準確率，可以為施工項目的實施及調整提供有價值的參考。

（3）受研究條件限制，研究仍存在進一步深入的空間，在之后的研究中，可以深化對不同地質因素的細致研究，分析更多復雜地質組成、地質結構對地基的影響，以及試驗部分的測試。可以采用更加先進的設備儀器，對地基的彈性變形、塑性變形進行測量。

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