海堤沉降变形监测分析及应急处置

陆鹏源

(中山火炬高技术产业开发区水利所，广东 中山 528437)

0 引言

海堤是防御风暴潮水侵袭，减轻风暴潮水灾害的重要水利设施，事关人民群众生命财产安全和社会经济稳定。然而，随着近年气候逐渐变暖，海洋灾害频发、海平面上升，海堤安全面临的威胁也越来越大。海堤一旦溃决，将会造成重大生命财产损失，因此在海堤变形阶段加强监测分析，采取有效的措施避免发生滑坡灾害意义重大。

目前对海堤的研究众多，如刘汉龙等人研究了真空预压技术在加固海堤软土地基上的应用；戴金水研究了水泥搅拌桩在海堤淤泥质地基加固中的应用；叶丹研究了插砌条石加糙在海堤消浪设计中的应用；李倩研究了汕头市东部城市经济带海堤工程种堤顶高程及堤身断面方案的确定；段济雄通过水力坡降计算对海堤防渗措施进行对比分析，从而进行渗流控制设计；张言等采用ANSYS有限元软件对海堤加固方案进行了数值模拟和优化。然而，多数研究侧重于海堤加固设计方面，鲜有关于海堤沉降变形监测分析与处置措施方面的研究。

文章针对中山市某海堤加固项目，结合监测数据对堤身沉降与变形进行了分析，通过采取砂石转运、开挖排水沟以及加强监测等应急处置措施，有效遏制了沉降变形的发展，为类似工程提供参考。

1 工程概况

中山市位于珠江口西岸，三面环水，珠江磨刀门、横门、洪奇沥等主要水道流经境内，全市共有外江防洪(潮)堤防377.00 km。地理位置和地形地貌决定了其既受洪水威胁又受台风暴潮影响，堤防安全面临着严峻的考验。

项目位于中山市中东部，地层自上至下分别为人工填土层，淤泥质粉质粘土层、淤泥层、中粗砂和燕山期花岗岩层，其中淤泥质粉质粘土层平均厚度10.45 m，层顶埋深0.00～7.50 m，淤泥层平均厚度35.62 m，层顶埋深6.60～20.80 m。地下水位埋深为0.10～3.40 m。

海堤级别为3级，设计防洪(潮)标准为100年一遇。采用钉型水泥土搅拌桩加固地基后对堤身进行加高培厚处理，堤顶新建混凝土防浪墙。回填土施工后，堤身于2020年8月发生变形以及非正常沉降。

2 沉降变形监测分析

2.1 堤身变形

为监测堤身在填土过程中的稳定性，在防浪墙布置了多个监测点，图1堤顶防浪墙向外海侧的位移监测结果。由图可知，堤身在8月6日向横门水道方向突发大变形，最大变形量108.00 mm，8月9日前后变形量逐渐减小，8月下旬达到基本稳定。当地气象、水文资料显示，项目所在区域8月5日发布暴雨橙色预警，全市最大累积雨量超90.00 mm。雨水下渗增加了土体容重，使土体饱和软化，抗剪强度降低。此外，8月1-7日间外海潮差连续7 d超过2.00 m，最高达2.47 m，如图2所示。由于淤泥与淤泥质土的渗透性低，孔隙水压力消散慢，水位的频繁大幅下降使堤身孔隙水压力激增，加之水位下降对堤身产生的“拖拽效应”，大大增加了堤身变形的风险。

图1 堤身变形监测结果图

图2 项目区域潮位变化曲线图

除此之外，变形堤段的堤后存在大面积砂石堆，最大堆载高度达15 m，堆载高度最大的范围约位于桩号K7+820～K7+844堤段。在暴雨的作用下，沙堆吸水增重增加了对堤身的附加应力，是引起大变形的主要原因之一。根据监测结果，K7+862监测点变形量最大，向两侧逐渐减小，主要是受砂石堆载的影响。

2.2 堤身沉降

图3为堤身沉降监测结果。由图可知，前期堤身由于回填土固结沉降量稳定发展，8月6日前后沉降量速率增大。如前所述，这是强降雨、堤后砂石堆载以及高潮差多重叠加的结果。随着潮位的涨落，堤身沉降发生较大波动。8月17日前后累计沉降量减小，主要原因是期间潮位高涨，尤其是8月22日，更是达到了当月最高潮位2.22 m，如图2所示。高潮位下，水压力将堤防向背水侧推挤，致使堤身向上拱起。

图3 堤身沉降监测结果图

3 应急处置措施

为防止堤身变形进一步发展，项目立即启动应急机制，全面落实24 h堤防巡查值班以及信息上报制度，并研究制定了一系列应急处置措施，以确保堤身安全。

3.1 砂石转运

如前所述，堤后砂石堆载是堤身变形的主要原因之一，砂石转运工作对遏制变形的发展，保障堤身安全至关重要。为了确定砂石场堆载影响的临界距离，文章采用有限元软件进行了计算分析，结合现场砂石堆情况，模型选取堆载高度为10.00 m。

表1为不同堆载位置下堤身抗滑稳定安全系数计算结果，结果显示，砂石堆距离防浪墙越近，安全系数越小，发生滑动破坏的概率越大。当砂石堆距离防浪墙距离>60.00 m时，继续增大堆载距离对安全系数无影响。因此，认为砂石堆对堤身整体稳定无影响的临界距离为60.00 m。本工程发生大变形后将砂石料退至距离堤顶防浪墙110.00 m，足以保证砂石堆载不会对堤身产生不利影响。

表1 堤后砂石堆载影响计算结果表

3.2 开挖排水沟

降雨入渗使地基含水率增加，从而降低抗剪强度，随饱水时间越长，强度降低越严重。在发生大变形堤段全段设计开挖一条底宽1.00 m，深1.00～1.50 m的宽度的排水沟，以排除堤内积水，从而缓解变形的发展，有效地防止滑坡的发生。

3.3 加强监测

堤身发生大变形后，该项目开展了更高精度的监测，精度为3级，共在防浪墙布置18个监测点。表2为8月14日-10月14日的堤身沉降与变形监测结果。结果显示，防浪墙最大累计沉降38.00 mm，而该堤段设计总沉降量为190.00 mm，沉降量在可控范围内。

表2 防浪墙沉降与变形监测结果表

在垂直堤身方向，共8个监测点向背水侧发生变形，最大值15.00 mm，7个监测点向临水侧发生变形，最大值7.00 mm，3个监测点累计变形量为0.00 mm，沉降与变形在不同监测时间呈现波动状态。而根据施工期间在未发生大变形堤段上的监测结果，防浪墙在潮涨潮落的影响下最大变形量也达7.00 mm。因此，认为上述处置措施较为有效，海堤变形和沉降基本趋于稳定。

4 结论

中山市某海堤加固项目在施工过程中突发较大沉降与变形，危及大堤安全。结合防浪墙沉降、位移监测数据，对其时空分部规律进行了分析，并提出了几点应急处置措施，主要结论如下：堤身沉降变形主要是以下几方面因素叠加影响的结果：受强降雨影响，堤身土地吸水增重并且泡水软化；连日高潮差导致堤身孔隙水压力激增，同时潮水位下降对堤身产生拖拽效应，下滑力增大；堤后砂石堆吸水增重，对堤身产生的附加应力增大。砂石堆对堤身整体稳定影响的临界距离为距离防浪墙60.00 m，该项目砂石转运至110.00 m以外可保证其对堤身基本无影响。根据后期监测结果，堤身累计沉降最大值38.00 mm，向临水侧变形最大值7.00 mm，结合设计沉降量与正常运行段堤身变形观测结果，可以判定堤身基本趋于稳定。