熊紅陽，周 曄，周旭飛

（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院大壩及工程監(jiān)測(cè)研究所，江蘇 南京 210003）

1 工程概況

約旦18號(hào)海堤位于約旦死海邊，瀕臨以色列，工程主要目的為圍海曬鹽，在死海邊上圍出一條長12.05 km的海堤，然后將死海的海水抽到海堤圍成的鹽池內(nèi)，經(jīng)過常年的日曬，海水蒸發(fā)后，獲得沉淀在鹽池內(nèi)的鹽。18號(hào)海堤的地質(zhì)條件非常特殊，基礎(chǔ)表面為死海水面下降后留下的厚約1 m的堅(jiān)硬鹽殼，鹽殼下面為數(shù)十米深的淤泥。淤泥的滲透性極差，填土加載后，基礎(chǔ)內(nèi)孔隙水壓力迅速增大，給基礎(chǔ)的穩(wěn)定性帶來極大的隱患，填土連續(xù)加載可能導(dǎo)致地基失穩(wěn)，最終造成海堤垮塌。18號(hào)海堤鄰近的19號(hào)海堤曾經(jīng)發(fā)生了基礎(chǔ)失穩(wěn)，造成堤壩出現(xiàn)大面積坍塌，造成整個(gè)工程報(bào)廢的嚴(yán)重后果。因此，填土過程中如何控制孔隙水壓力的釋放與填土分級(jí)加載時(shí)機(jī)成為工程施工的關(guān)鍵。為監(jiān)測(cè)海堤基礎(chǔ)的穩(wěn)定狀態(tài)，在18號(hào)海堤上選擇7個(gè)典型監(jiān)測(cè)斷面，各監(jiān)測(cè)斷面埋設(shè)了滲壓計(jì)和沉降管，共布置滲壓計(jì)110支，埋設(shè)沉降管12孔，另外還布置了測(cè)斜管、表面水平位移和表面沉降標(biāo)點(diǎn)。其典型監(jiān)測(cè)斷面布置見圖1。

2 B－bar監(jiān)控指標(biāo)的引入

約旦18號(hào)海堤填筑用料為Marl料，這種材料類似泥灰土，滲透性極差，在與死海海水混合后強(qiáng)度迅速上升，Marl料攤平后用羊角碾碾實(shí)形成堤壩。填土加載后，基礎(chǔ)內(nèi)飽和或接近飽和的淤泥中的孔隙水壓力迅速增大，荷載的連續(xù)加載導(dǎo)致孔隙水壓力的連續(xù)增大。由于土的三相組成（固相、液相和氣相），荷載的加載與地基應(yīng)力的增加存在著復(fù)雜的關(guān)系，在對(duì)以往死海海堤工程地質(zhì)條件進(jìn)行多年調(diào)查、勘探和實(shí)驗(yàn)資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合18號(hào)海堤地質(zhì)條件和Marl料的特點(diǎn)引入了B-bar控制值的概念，用B-bar值來控制荷載的加載速率，從而控制大壩填筑速度和填筑時(shí)機(jī)。工程實(shí)際是當(dāng)B-bar值超過設(shè)計(jì)范圍時(shí)，馬上暫停填筑，等待孔隙水壓力釋放，直至B-bar值降到設(shè)計(jì)限值以下時(shí)恢復(fù)填筑。工程一直嚴(yán)格遵循此控制原則，在嚴(yán)格保證質(zhì)量的前提下，安全地完成了整個(gè)項(xiàng)目的施工。

3 B－bar監(jiān)控指標(biāo)的計(jì)算

B-bar監(jiān)控指標(biāo)即B的計(jì)算采用式（1）進(jìn)行：

式中：Δp=pi-p0，為孔隙壓力變化值，等于滲壓計(jì)實(shí)測(cè)值減初始值；μ為填土加載引起地基深處應(yīng)力增加的理論值。

圖1 典型監(jiān)測(cè)斷面布置圖Fig.1 Typical distribution on monitoring section

地基基礎(chǔ)在荷載加載后，地基內(nèi)部會(huì)引起應(yīng)力增加，而應(yīng)力的增加與荷載類型、荷載形狀以及測(cè)點(diǎn)在地基中的深度等因素有關(guān)，因此引入應(yīng)力系數(shù)，用σ表示，則

式中：σ為應(yīng)力系數(shù)；ρ為填土密度；g為重力加速度，取 g=9.8；h 為填土厚度。

從式（2）可看出，B值的計(jì)算關(guān)鍵在于應(yīng)力系數(shù)σ的確定。下面根據(jù)18號(hào)海堤實(shí)際填筑情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)布置選擇典型監(jiān)測(cè)斷面CH 8+600 M2，建立應(yīng)力計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 中，D1、E1、F1、D2、E2、F2 均為滲壓計(jì) ，A-A 剖面中 1、2、3、4、5、6、7、8 為沉降磁環(huán)編號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，滲壓計(jì) D1（D2）、E1（E2）、F1（F2）分別與沉降磁環(huán)4、5、6安裝在同一高程。

圖2 典型斷面CH 8＋600 M2布置圖Fig.2 Typical distribution on monitoring section CH8＋600 M2

由于海堤長12 km，填土寬度小于300 m，長寬比 l／b＞40。 一般情況下，把長寬比 l／b≥10 的條形基礎(chǔ)視作平面應(yīng)變問題，因此填土荷載可按平面問題處理，根據(jù)弗拉曼公式[1]，參考如圖3所示的計(jì)算簡圖，系數(shù)σ的計(jì)算如式（3）：

將式（2）、式（3）代入式（1），則

式中β1、β2如圖3所示，采用弧度進(jìn)行計(jì)算。

圖3 計(jì)算示意圖Fig.3 Sketch drawing of calculation

海堤基礎(chǔ)為淤泥，基礎(chǔ)長期處于飽和狀態(tài)，填土過程中，基礎(chǔ)沉降會(huì)帶著滲壓計(jì)沉降，因此滲壓計(jì)的讀數(shù)需扣除由于本身沉降而增大的影響后進(jìn)行修正，滲壓計(jì)沉降量可以參考安裝在同一高程的沉降磁環(huán)，修正時(shí)取死海海水的密度為 1.22 kg／L。

4 應(yīng)用分析

在滲透性較差的土體內(nèi)，由于應(yīng)力釋放需要的時(shí)間較長，基礎(chǔ)內(nèi)應(yīng)力隨著填土荷載的增加而增大的趨勢(shì)非常明顯。同時(shí)由于應(yīng)力釋放過程緩慢，連續(xù)不間斷的加載會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)應(yīng)力的連續(xù)增大，當(dāng)應(yīng)力增大到超過基礎(chǔ)極限應(yīng)力時(shí)，基礎(chǔ)會(huì)失穩(wěn)而崩塌。填筑過程中，采用間斷加載的方法可保證基礎(chǔ)內(nèi)應(yīng)力有一定的釋放時(shí)間，因此有必要在施工安全和施工進(jìn)度之間建立某種關(guān)系，B-bar值正好為這兩者之間建立了對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系。

選取8+600典型監(jiān)測(cè)斷面中3支滲壓計(jì)（D1、E1、F1）作為分析對(duì)象，分別列出孔隙水壓力、填土厚度的歷時(shí)過程線（圖4），沉降量、填土厚度的歷時(shí)過程線（圖5），B-bar值歷時(shí)過程線見圖6。

圖4、5、6 中時(shí)間橫軸上分別標(biāo)出了 a、b、c、d四點(diǎn)。從圖4看，從起始時(shí)間到a對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，在填海筑堤的初期，基礎(chǔ)內(nèi)孔隙水壓力與填土厚度變化的趨勢(shì)非常接近，同時(shí)填筑速度較為緩慢，孔隙水壓力釋放時(shí)間較長，對(duì)應(yīng)圖6海堤填筑初期B-bar值下降較快。

圖4 孔隙水壓力、填土厚度歷時(shí)過程線Fig.4 Graph of pore water pressure and earth filling depth

圖5 沉降量、填土厚度歷時(shí)過程線Fig.5 Graph of settlement and earth filling depth

從圖5看，a～b對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)填筑速度較快，同時(shí)在圖4中反映出孔隙水壓力上升趨勢(shì)明顯加快，孔隙水壓力來不及釋放，地基沉降速度呈加劇趨勢(shì)。圖6中可看出，B-bar監(jiān)控指標(biāo)持續(xù)在0.65左右，無下降趨勢(shì)，參照設(shè)計(jì)要求，B-bar值偏高，因此填筑速度放緩。

填筑速度放緩后，從b～d之間可明顯看出，孔隙水壓力呈下降趨勢(shì)，孔隙水壓力得到了及時(shí)釋放，同時(shí)地基沉降趨勢(shì)放緩，B-bar值一直呈下降趨勢(shì)。尤其在b～c之間，從圖4、圖5可看出，填筑暫停時(shí)間約1個(gè)月，同時(shí)從圖6可看出，暫停的1個(gè)月時(shí)間內(nèi)，B-bar值下降到0.4左右，填筑恢復(fù)，但填筑速度依然緩慢。

圖6 B－bar歷時(shí)過程線Fig.6 Graph of B-bar

在時(shí)間d以后，填筑速度明顯加快，孔隙水壓力上升速度加劇，同時(shí)地基沉降速率也在增大，而此時(shí)段內(nèi)B-bar只呈現(xiàn)出輕微的上升趨勢(shì)。事實(shí)證明，即便地基沉降速率增大，在B-bar值未出現(xiàn)明顯上升的情況下，基礎(chǔ)依然是穩(wěn)固的。

5 結(jié) 語

通過應(yīng)用B-bar監(jiān)控指標(biāo)控制法，約旦18號(hào)海堤修復(fù)工程的填筑未發(fā)生基礎(chǔ)和壩坡失穩(wěn)現(xiàn)象，也成功完成了其后的首次蓄水。B-bar監(jiān)控指標(biāo)在18號(hào)海堤修復(fù)工程中的成功應(yīng)用證明了其在軟基監(jiān)測(cè)中的實(shí)用性，為軟基安全施工提供了一種新的控制方法。

[1]高大釗,袁聚云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)(第三版)[M].北京:人民交通出版社.

[2]彭虹,劉遠(yuǎn)國,熊紅陽.軟基上填筑堤壩施工安全監(jiān)控方法[J].長江科學(xué)院院報(bào),2005(06)∶37～40.

[3]二灘水電開發(fā)公司.巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國水利水電出版社,1999.