海盐东段围涂二期工程预留沉降

徐艳萍，林芳华，裘文旭

(浙江水专工程建设监理有限公司，浙江杭州 310051)

1 工程概况

嘉兴市海盐东段围涂工程围垦工程位于钱塘江河口北岸滩涂上，主堤堤身采用土石混合结构，即堤身填筑工程由块石混合料抛石坝与闭气土方组成;堤基处理采用塑料排水板(深度为18～24 m)排水固结方式;堤身总高度(建基面至挡浪墙顶高程)达到9～11 m.本工程海堤总长5 076 m，工程施工总工期为2 a，预留沉降考虑的年限为工程建成后20 a.

2 沉降理论分析

软土地基的总沉降量S∞主要包括:瞬时沉降Sd、主固结沉降 Sc、次固结沉降 Ss，即 S∞=Sd+Sc+Ss.[1－2］其中:Sd—瞬时沉降，是指工作荷载实施后瞬间发生的沉降量，它是由剪切变形引起的沉降.

Sc—主固结沉降，是指在主固结过程中产生的沉降量，它是伴随着排水固结而发生的沉降.

Ss—次固结沉降，是土石骨架在持续荷载下发生蠕变所引起的沉降.

在理论计算过程中，瞬时沉降和次固结沉降较难通过理论计算，根据《海堤工程设计规范》SL435－2008[3］中推荐，总沉降量按分层总和法计算，即通过计算主固结沉降，再用沉降计算经验系数修正，表达式为:

根据规范推荐，瞬时沉降一般为主固结沉降的20%～40%，次固结沉降一般为主固结沉降的5%～10%[2］.本工程考虑钱塘江河口软基较沿海情况好得多，瞬时沉降系数选取小值20%;同时，考虑到整个海堤填筑进度较快(主荷载在1年内完成，一般沿海海堤为3～4 a)，次固结沉降系数选取大值10%.最终，确定采用综合修正系数为1.3.

在借鉴嘉兴市海盐东段围涂一期工程原位观测实际沉降曲线前提下，考虑到二期工程实际地质情况，共选取了10个典型断面进行了分析计算，堤身最大沉降量为1 442～1 929 mm.提出自完工验收之日(2011年1月)起20年内海堤预留沉降量为350～550 mm，即设计工后预留沉降量.

3 沉降原位观测

3.1 沉降观测布置

海盐东段围涂二期工程考虑到沿线5 km范围内地质情况变化较大，分别在K1+600和K4+600处各布置一个原型观测断面.原型观测断面布置的项目主要包括基底及地基分层沉降观测、侧向变形观测、地基孔隙水压力观测、地基十字板强度测试和围堤浸润线观测[5］.同时，沿海堤每200 m布置一个沉降观测断面，主要就是基底沉降观测[6］.本次主要对两个原观断面和沿线观测断面的基底原位观测成果来分析整个海堤沉降情况.

K1+600/S9、K4+600/S24两个原位观测断面，每个断面布置6个基底沉降观测测点，普通沉降观测断面每个断面布置3个基底沉降观测测点，具体布置见图1.

图1 各沉降板埋设位置

3.2 加载阶段划分

本工程地基为深厚淤泥及淤泥质粘土软弱地基，堤身填筑遵循“薄层轮加”原则，严格控制加载速率，并保证必要的间歇时间.主要分为五级，第一层是排水碎石垫层，厚度在800 mm(由于作业条件所限，在第一层加载时尚未埋设沉降观测设施);第二层为块石混合料层(高程在▽3.0 m以下)厚度在2.4 ～2.9 m;第三层为▽ 3.0 ～5.4 m 块石混合料和闭气土方，层厚度在2.4 m左右;第四层为▽5.4～7.1 m 闭气土方层，厚为 1.7 m;第五层为▽7.1 ～8.3 m 堤顶路基塘渣，层厚为1.8 m.

3.3 沉降原位观测成果

(1)根据2011年2月观测成果，二期工程27个断面的最大沉降值为656～1 255 mm，详见后表《海盐东段围涂二期工程工后沉降双曲线拟合计算表》.

(2)K4+600沉降原型观测断面基底沉降和加载曲线见图2.

4 沉降观测成果分析

(1)由于埋设条件所限，沉降观测设施是在排水碎石垫层铺设完成后才埋置.因此，排水碎石垫层加载时的瞬时沉降和短时期固结沉降量，也就无法反映在实测累计沉降值数据中.

(2)在第一级荷载(指▽3.0 m以下)加载期间，海堤最大沉降速率为70 mm/d，平均沉降速率为0.4 ～26 mm/d.在二级(指▽7.1 m 以下)荷载加载期间，海堤最大沉降速率为37 mm/d，平均沉降速率为0.5～2 mm/d.最大沉降速率虽超过设计标准30 mm/d，但持续时间较短，并且未出现滑坡等失稳情况.

图2 K4+600沉降原型观测断面基底沉降和加载曲线

(3)根据2011－02－20观测结果，对2个原观断面和25个普通断面的最大沉降值进行统计，施工期间累计最大沉降量为656～1 255 mm.如果加上瞬时沉降量20%，均在原初步设计堤身沉降计算值内.

(4)2010－05，海堤进入直立挡墙墙身施工阶段，根据前期沉降观测成果，采用双曲线法推算得2010－05－12施工期间的堤顶预留沉降值为61～241 mm，2012年1月以后20 a的沉降量约为205～764 mm.经四方商议，结合一期工程实测沉降曲线情况下，考虑到当时沉降曲线尚未完全收敛，同时也考虑到施工后期尚有少量圬工结构的荷载影响，对工后预留沉降值的推算值进行修正，修正系数经综合考虑确定为0.66，即修正后各断面最大的工后沉降量为136～511 mm.综合考虑经济和安全，设计工后预留沉降值仍按照初步设计确定的值来执行，即按照350～550 mm.另外，对于施工期预留沉降，由于剩余施工期已经很短，直接采用理论推算值(选取大值)来分段预留.

(5)根据2010－11—2011－02月期间四次观测成果，对照原推算成果，修正系数基本在0.42～0.58之间，说明2010年5月份确定的修正系数0.66是比较合理的.另外，根据2010－06－12期间实测沉降量，均未超过施工期预留沉降量.

(6)根据2010－11－12沉降值采用双曲线拟合推算2011年2月沉降值，对照2010－08(加载基本结束)与2011－02实测沉降量差，两者平均误差比率为11.5%.据此，采用2011年1月以后的沉降数据来拟合推算工后沉降量误差比率将小于11.5%.为此，按照初设工后预留沉降值作为实际预留工后沉降量完全能达到设计标准.

5 预留沉降浅析

5.1 预留沉降划分

海堤预留沉降量一般包括施工期预留沉降量和完工后设计工后预留沉降量两部分.

两部分预留沉降量划分，根据起算时间点不同，一般有两种理解.第一种是海堤圬工结构成型时所预留的沉降量;第二种是设计明确的或者是经合同双方约定的某一个时间节点的预留沉降量.海盐东段二期工程是按照第二种方法来确定，即设计明确为2011－01－01，要求在2011－01－01对断面进行测量时要求实际高程不低于(设计标高+工后预留超高).

5.2 预留沉降量确定

(1)工后预留沉降确定

预留沉降主要以设计确定的值为参考，根据类似工程经验和原位观测沉降曲线来分析确定的.

海盐二期围涂工程根据实测沉降曲线，采用双曲线拟合推算预留工后沉降量，具体如下:根据2011年2月份观测结果，推算20年后沉降量，采用双曲线法进行拟合，即.式中有两个未知数，即 S和a.在实测沉降量 ～ 时间曲线尾部，取St1、t1、和St2、t2代入上式，可联列方程式求解得S和a.

海盐二期围涂27个沉降观测断面的最大沉降值一般为Sn－3(普通断面)或Sn－4(原观断面)，以2010－12和2011－02实测沉降值，采用双曲线法进行拟合推算得出整个海堤各个断面的最大沉降量为717～1 543 mm，见表1.如果加上瞬时沉降量20%，换算后的海堤最大沉降量应为853～1 852 mm.与初步设计理论计算最大沉降量1 442～1 929 mm，上限基本吻合，下限差别较大，分析主要是由于地质勘探密度偏大，而在实际施工中碰到承载力较好的透镜体地质层影响.

表1 海盐东段围涂二期工程工后沉降双曲线拟合计算表

(2)施工期预留沉降确定

施工期预留沉降原则上由施工单位自行确定，报监理、业主、设计审核确定.施工期预留沉降的推算方法按照双曲线拟合推算方法也是可行的，在主荷载已经加载完成的情况下，应该说是具有足够的安全裕度的.但是，此时因为尚有主荷载未全部加载，还应考虑主荷载加载对沉降曲线变陡的影响.

(3)预留沉降确定要注意事项

结合海盐围涂二期工程建设经验，海堤建设过程中特别要注重以下几点:

①海堤堤基勘探工作要加强，基础处理要严格按照设计标准实施到位.

②海堤堤身加载要均衡上升，减少施工期间预留的缺口段，避免缺口段的集中加载导致堤身的不均匀沉降甚至失稳.

③与排涝闸等水工建筑物的连接，应采取妥善过渡措施，以减少整个海堤的不均匀沉降，保证整个海堤完工后沉降基本均匀，每个断面的沉降曲线基本一致，尽量减少不均匀沉降，避免堤身圬工结构因不均匀沉降而产生起伏、开裂，甚至破坏.

④海堤预留沉降要合理，以理论计算为指导，沉降观测为依据，结合常用方法推算工后预留沉降，确保海堤标高能满足设计标准，并兼顾经济性.

⑤工后预留沉降，应由设计明确一个时间节点，明确施工期预留沉降和工后预留沉降的划分时间节点.

⑥加强完工(竣工)后的运行管理工作，尤其是沉降观测工作必须要连续，为1∶1实地模型提供完整数据，为理论分析提供依据，为后期建设打下基础.

6 结语

浙江省围涂工程起步较早，尤其是近10年来众多的围涂工程的兴建，为理论分析围涂工程的预留沉降提供了大量的数据样本.随着2008年《海堤工程设计规范》SL534－2008的出台，为围涂工程的海堤工程预留沉降分析确定了规范的分析计算方法.但是，由于围涂工程复杂性，必须理论联系实际，在海堤等结构成型前应不断地以实测成果来修正理论分析，将多种因素包括安全因素、经济因素、堤基处理方式因素、加载顺序和加载节点因素、堤身结构型式、设计标准等等进行有机结合，使沉降预留的确定更具安全性、经济性与合理性.

[1]甘友文，沈旭升.水利计价模式下围海工程施工合同风险分配条款的研究[J］.浙江水利科技，2005(3):48 －50.

[2]甘友文，李运涛.滩涂围垦工程中沉降工程量变化原因及对策分析[J］.水利水电技术，2011，42(11):92 －94.

[3]中华人民共和国水利部.SL435－2008海堤工程设计规范[S］.北京:中国水利水电出版社，2008.

[4]浙江省水利厅.浙江省海塘技术规定[S/OL］.2011－09－29[2013 －01 －20］.http://wenku.baidu.com/view/20caeb31396 8011ca30091fa.html.

[5]张启岳.土石坝观测技术[M］.北京:水利电力出版社，1993.

[6]张 勇，常立峰.江南海涂围垦工程软土地基处理设计[J］.黑龙江水利科技，2007，35(6):63－65.