排水板处理七姓涂围涂工程软土地基的效果分析

熊梦婕,程建议

(1.河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210024;2.江西省鄱阳县水利局,江西 鄱阳 333100)

1 工程概况及地质条件

七姓涂围涂工程位于宁波市北仑区南部海域,工程等别为Ⅲ等。海堤建筑物为3级,设计防潮标准为50 a一遇;10 a一遇设计高潮位为3.84 m,50 a一遇设计高潮位西堤4.30m、南堤4.40 m。设计海堤长度为10510 m,最大堤高约10 m。海堤地基采用塑料排水板加固。

堤基土主要有4个地质层、7个亚层,分别为Ⅱ1层淤泥质粉质黏土,Ⅱ2层淤泥质粉质黏土、Ⅲ1层淤泥质黏土、Ⅲ2层淤泥质粉质黏土、Ⅳ1层粉质黏土和Ⅳ2层黏土。区域上部软土层位较为均匀,下部地段有些层位不稳定,特别是下覆的老黏土层和基岩起伏大。堤线地基浅层为饱和的Ⅱ1层淤泥质粉质黏土及Ⅱ2层淤泥质黏土,分布广,厚度大。Ⅱ2层淤泥质黏土,土性较差,下覆的Ⅲ层淤泥质土及Ⅳ层软土层,强度低,压缩性高。土层划分情况见表1。

表1 地基土层划分表

2 海堤软基处理方法及监测方案[1-3]

根据固结理论,黏性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比,土层越厚,固结延续的时间越长。

为了加速土层固结,最有效的方法是增加土层的排水途径。根据海涂软基的特殊地质条件,设计采用塑料排水板为竖向排水体,形成竖向排水通道,土层的孔隙水主要从水平向流向竖向排水板,再通过排水板排入水平排水体即涂面上的碎石垫层体内。从而形成竖向和水平向立体排水通道。在堆载加荷后,有竖向排水体的设置,加速了土体的固结速率,并加速了地基的固结沉降,以达到在施工期完成海堤的主固结沉降,减少工后沉降的效果。海涂面上铺设土工布,主要起隔离作用,以减少海涂施工的不均匀沉降,并对筑堤石料的侧移有一定的约束作用。

为保证海堤施工期的稳定,合理调整、安排海堤建设工期,实时控制、调整加载速率,在海堤施工期进行了全面的实时监测。共设置3个主监测断面和16个次监测断面,主断面间距约2500 m,次断面间距500 m。主断面桩号分别为2+500,5+000,7+500 m,每个主断面分别设地表沉降监测、地基分层沉降监测、孔隙水压力监测、水平位移监测项目。次断面仅设地表沉降监测项目。每一断面设地表沉降测点4个,地基分层沉降管3孔、每孔8个测点,孔隙水压力3孔、每孔8个测点,水平位移测斜管2孔。监测主断面布置见图1。

图1 海堤监测主断面布置图

3 海堤填筑控制技术警戒标准

根据此海堤的规模及地基土层的地质情况,参考同类工程控制标准,在海堤分层填筑前初步确定海堤填筑控制技术警戒标准为:沉降小于30 mm/d,加载引起的超静孔隙水压力值小于该处附加应力的0.6,水平位移小于6 mm/d。在每一标段的每一层填筑完成后,根据实测的堤基沉降、水平位移及超静水压力的大小、变化过程等与堤的稳定状况进行全面分析,适时调整填筑速度及各层之间的填筑间隔时间。

4 监测结果及分析[4-5]

4.1 沉 降

实测各监测断面相同部位的沉降过程与沉降量基本相同,主观测断面(2+500 m)的沉降过程线见图2。在海堤开始填筑并沉降板埋设后的第355 d,T1、T2、T3、T4测点的沉降分别为1.1,1.8,1.0,0.7 m。沉降最大的为位于堤轴线上的T2测点,其余依次为T1、T3、T4该点,与测点处的堤高成正比关系,沉降量分布状况正常。加荷填筑速率的大小,对沉降量的影响明显,加载后3 d内,沉降增量较大,特别是在初次加荷时,一般均有显著的沉降。如图2所示,T1、T2测点在海堤初次填筑约1m后的3 d内,沉降量均为200 mm,超出技术警戒值30 mm/d,经检查,堤基是稳定的。

图2 堤基地表沉降过程线图

4.2 孔隙水压力

实测3个主监测断面相同部位的孔隙水压力与变化过程基本相同,图3为主观测断面(2+500 m)在堤轴线处测孔的实测孔隙水压力过程线。由图可知,因加载后的超静孔隙水压力影响,各测点的孔隙水压力均明显同步上升。加荷后,靠近地表的P8测点的超静孔隙水压力最大增加近20 kPa,接近附加应力。随着孔隙水通过竖向排水通道逐渐排出,超静孔隙水压力逐渐消散,约10 d后可降至附加应力的60%以内,约30 d后,超静孔隙水压力可基本消散。

图3 堤基孔隙水压力过程线图

4.3 水平位移

实测3个主监测断面相同部位的堤基水平位移与变化过程也基本相同,图4为主观测断面(2+500 m)在堤脚处测孔的实测水平位移个典型时间的分布图。由图4可知,实测的水平位移最大为约120 mm,发生在涂面下5 m处,产生水平位移的深度为涂面以下24 m深度。堤基水平位移量较小,最大位移平均值仅约0.6 mm/d。即使在加荷期间,堤基也未发生较大的水平位移,其实测水平位移量也一直小于技术警戒值6mm/d。

图4 堤基水平位移分布图

5 填筑速度控制及技术警戒标准探讨

由于在海堤初次填筑时沉降速率、超静孔隙水压力系数均超出技术警戒值,但因水平位移量较小。经检查,堤基是稳定的,表明堤基的沉降、水平位移及超静孔隙水压力应同时全面监测、综合分析评价。但仍建议在初次填筑时,海堤的填筑层厚可适当减薄。因堤基每一级加载产生的超静孔隙水压力均在约30 d后可基本消散,海堤填筑间隔期的堤基沉降也在技术警戒值内,特别是水平位移较小,原计划的填筑间隔期较长,建议适当缩短,以节省投资。因每级加载初期堤基的超静孔隙水压力均较大,每一层的填筑厚度控制极为重要,建议在施工中全过程严格控制填筑层厚。

因海堤初次填筑时沉降量、沉降速率与正常填筑时沉降量、沉降速率有所不同,在堤外侧水平位移较小时,海堤初次填筑时的沉降技术警戒值可适当提高,必要时,可分时段设置沉降技术警戒值。

6 结 语

(1)围涂工程可采用塑料排水板加固海堤地基,为控制加载速度,保持海堤稳定,应在施工期对堤基的沉降、水平位移及孔隙水压力进行全面监测。

(2)海堤初次填筑时的沉降量、沉降速率均较大,填筑层厚应适当减薄。

(3)堤基的沉降、水平位移及超静孔隙水压力应同时全面监测、综合分析评价,在保持海堤稳定的同时,可即时调整加载速率,缩短建设工期。

[1]李彰明.软土地基加固的理论、设计、施工 [M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]王立忠,李玲玲.结构性土体的施工扰动及其对沉降的影响[J].岩土工程学报,2007(5):697-704.

[3]艾英钵,柯朝辉,胡辉,等.排水板施工对软黏土扰动的现场试验研究 [J].河海大学学报自然科学版,2006(3):311-314.

[4]蒋照琴.工程原位监测在温州浅滩海堤工程中的运用和分析[J].西部探矿工程,2008(7):22-24.

[5]黄铭,刘俊.海堤渗压监测因果模型基本结构和因子选择[J].上海交通大学学报,2008(11):1931-1934.