福建省沿海软基海堤滑弧式沉降原因及内外坡修复

2017-11-14叶泽标叶萍陈德春

中国水利 2017年18期

关键词：涨潮修整海堤

叶泽标，叶萍，陈德春

(福建省罗源县水利局，350600，罗源)

福建省沿海软基海堤滑弧式沉降原因及内外坡修复

叶泽标，叶萍，陈德春

(福建省罗源县水利局，350600，罗源)

海堤；软基；测斜管；斜率；滑弧式沉降

福建省围海工程建设条件较差，海堤施工难度大，海堤地基土多为深厚淤泥层，其含水量大、抗剪强度低、承载力小。沿海潮汐多属正规半日潮，因闽东沿海地处福建凸出部，潮差年均5～6 m，落潮潮差最大达8 m多。在同一潮汐过程中，涨潮历时比退潮历时长，且因落潮潮差比涨潮潮差大，造成海堤断面外压载尺度比内压载大。为确保筑堤安全与稳定，在海堤施工期间必须进行安全检测，充分掌握地基土指标的固结变化，控制好填筑厚度与进度。

一、滑弧式沉降现象

由于海堤建在软弱地基之上，在施工期和使用期内会出现纵向断面或横向断面两侧受力不均匀产生力矩而导致的滑弧沉降，这种滑弧沉降一般为缓慢进行，使海堤断面的外坡坡度逐渐变缓，内坡变形逐渐变得陡峭，但尚未导致断面的整体失稳。

1.施工中海堤横向断面明显的滑弧式沉降现象

某大型围垦海堤施工过程中，在其断面上表层中心点安装测斜管P，以监测断面两边的不均匀沉降。刚施工的海堤断面如图1虚线断面所示，经过一段时间，断面与地基产生沿圆弧面的滑动，滑弧沉降至实线断面所示，虚线断面上的测斜管P沉降斜变至P1位置。在对于沉降海堤进行断面修整后，图1实线断面修正为图2虚线断面。经过又一阶段的沉降之后，测斜管P1斜变到P2位置。滑弧沉降—修整—再滑弧沉降—再修整，这种表明海堤横断面整体沿圆弧出现滑动与平衡的过程，是软基筑堤必然现象与必经之路。我们根据移测量和沉降测量就可以知道断面的滑弧沉降量大小。在使用期内，滑弧沉降还会缓慢地进行。

2.施工中海堤纵向断面明显的滑弧式沉降现象

某海堤地基土淤泥厚达20～30 m，地基处理采用抛砂、打塑料排水带、铺设加筋土工布等措施。施工方案为沿堤根端向海分层堆载进占。为保证该堤的施工安全，在进占堤头端布设测斜管（如图3所示），以控制施工速率。施工过程中测斜管若发生向陆侧堤根端的倾斜，表明纵向断面受到滑动力矩作用，已产生沿圆弧面的滑动沉降。若检测到测斜管斜率变化过大则说明施工速率过高，必须控制施工速率或者暂停施工，以避免堤身失稳。

图1 横断面测斜管初次斜变现象

图2 横断面测斜管再次斜变现象

图3 测斜管沿纵向的斜变现象

二、滑弧式沉降原因探析

闽东海堤断面常采用复式，迎潮面设消浪平台，其上下坡皆为1∶3.0斜坡，坡脚处设一定宽度和厚度的抛石镇压层。外坡护面结构根据波浪与潮位条件，经采用规范相关公式计算，选择人工块体或丁砌条石结构。堤顶设挡浪墙，中、大型围垦防浪墙顶标高一般是8.0 m高程（黄海基面、下同），20世纪90年代下半期，福建省海堤都采用“三面包”护面，即堤外坡、内坡及堤顶皆用条石或块石护砌，堤身内侧采用当地海涂泥或山土进行防渗闭气。结合交通，在内坡近坡脚处设一交通平台等。

1.软基上海堤因受外力作用，内外坡变形不一样

在初步设计时一般是先初拟一个海堤断面，如图4所示，然后对海堤断面内外坡分别进行稳定分析，以确定内外坡压载尺寸。

海堤建造在软基上，挡潮抗浪保护堤后围区。1天24小时中海堤会面临2次海水涨潮的涨侵，当海水处于高平潮时，海堤土体尤其是山土将充分吸满海水，处于饱和状态，增大滑弧线以上土体的容重。退潮过程中，这些吸饱水的土体能增加滑动力矩。

所以海堤在外潮涨落作用下，海堤内外坡就易产生滑弧。因退潮潮差大，外坡受外潮影响大，滑弧时海堤断面往往产生深层滑弧，海堤断面外坡土体就易切入地基土层中，致使外压载边上的基土鼓起。此时内坡土体则倾向堤内，使内坡变陡。相对而言，内坡受涨潮影响小，变形也小，因此外坡变形比内坡大，内压载尺寸比外压载也大。

2.内外坡不同变形的外力分析

图4 海堤断面滑弧面现象

图5 退潮时内外水位差

图6 涨潮时内外水位差

图7 堤后档土墙与护坡

图8 断面内侧延伸修复

当海堤建到一定高度后，海堤的内外坡水位就形成水位差，这水位差即在海堤断面内产生浸润线，如图5所示。经历涨潮之后又马上退潮，这样因退潮历时短，退潮浸润线坡度变大，使得海堤土体内滑动力矩增大，海堤断面的滑弧量也随之增大，易产生断面沿滑弧面与局部地基一起滑弧的外坡滑动，所以退潮时外坡滑弧现象明显。

对于内坡滑弧，因海水涨潮时堤断面内坡水位也随之上涨。涨潮时因历时长，形成的内外水位差不大，堤断面内浸润线坡度不大，海堤土体内产生滑动力矩也不大，所以涨潮时内坡滑弧现象不明显，如图6示。

从图5和图6退、涨潮时海堤断面内浸润线坡度分析可知，外坡滑弧量比内坡滑弧量来得大，所以海堤断面的外压载尺度必须比内压载厚重。

三、围垦海堤内外坡修复措施

1.大、中型围垦工程海堤内坡变形修复

以福建省罗源县松山围垦为例。松山围垦位于罗源湾顶部，围垦面积3.46万亩（1亩=1/15 hm2），是一项综合利用滩涂资源的中型围垦，其海堤堤线长2.49 km，堤顶高程7.0 m，挡浪墙顶高程8.0 m，堤顶宽3.0 m，最大堤高23.3 m。海堤地基为海相沉积淤泥，厚度13.5～34.0 m，大部分堤段地基是淤泥或淤泥质土，厚度都超过25 m，松山围垦海堤内坡堤后设一交通公路为省道。2005年，发现因海堤外坡的滑弧式沉降造成内坡变陡，为了保持海堤内边坡处的排水沟、道路等地标建筑及牵涉到内压载处理等方面的断面位置不变，其内坡的下半段应整修为直立式挡土墙，挡土墙高度基本上相近于内坡沉降的高度。经过近10年的沉降和多次整修，内边坡下半段为浆砌条石直立式挡土墙，挡土墙高度相近于内坡沉降的高度1.7 m，其上半段整修成原设计斜坡面段，为砌石护坡（如图7所示），变形的海堤内坡达到了修复效果。