朱小秋,曾 甄

(1.舟山市水利圍墾局,浙江 舟山 316000;2.浙江省水利水電勘測設計院,浙江 杭州 310002)

1 問題的提出

浙江省地處我國東南沿海,是一個土地匱乏的資源小省,為緩解人多地少矛盾,浙江省歷來重視灘涂圍墾工程。隨著經濟社會的高速發(fā)展和城市化進程的快速推進,浙江省的灘涂開發(fā)利用呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢,圍墾工程已逐步從高灘圍涂轉變?yōu)橹械蜑﹪?。目?在浙東大量已建和在建的灘涂圍墾工程中,普遍存在軟土地基沉降過大,引起設計高程不達標、投資超概算、工程結算經濟糾紛等問題。本文結合類似工程的建設經驗,對在軟土地基上采用排水板技術條件下圍墾工程的沉降問題從勘察、設計、招投標、建管過程等方面進行幾點探討。

2 勘察設計階段的軟基沉降問題分析

2.1 地質勘察

地質勘察是科學分析軟土地基沉降的重要基礎,地質土層劃分、物理性狀特征等是判定地基好壞的重要指標。浙東沿海多為淤漲型淤泥質海岸,灘涂原狀地基土以深厚的高含水量、低強度的淤泥或淤泥質土為主。由于灘涂圍墾在浙江省歸口水利行業(yè)主管,以往通常采用GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》[1]、GB 50287—99《水利水電工程地質勘察規(guī)范》[2]和SL 188—2005《堤防工程地質勘察規(guī)程》[3]作為圍墾工程的地質勘察標準,將天然含水率ω大于液限ω L,天然孔隙比e大于1.5的淤泥質土統(tǒng)稱為淤泥。然而,淤漲型的中低灘涂面表層往往存在一定厚度的新淤積土,這種淤泥性土毫無承載力,在外加荷載作用下將產生擠淤現(xiàn)象使新淤積土流失而不可能固結,如何保住這層新淤積土是個值得研究的課題。JTJ 240—97《港口工程地質勘察規(guī)范》[4]中將85%＜ω≤150%的土定義為流泥,ω＞150%的土定義為浮泥。浮泥和流泥的流動性很強,常隨季節(jié)、潮流的變化而搬遷。由于在中低灘涂地形測量中往往采用水下測量方式,地形圖成果所示的高程多為浮泥或流泥層頂面,若采用水利行業(yè)地質勘察規(guī)范,表層的浮泥和流泥層容易被劃為淤泥層,使得流泥和浮泥的力學性狀按淤泥考慮,造成實際施工過程中因擠淤等因素表現(xiàn)出的沉降量明顯大于理論計算沉降量的情況。因此,在圍墾工程地質勘察階段,宜按照《港口工程地質勘察規(guī)范》查明灘涂面表層浮泥和流泥的分布厚度,為設計階段科學分析軟基沉降提供可靠的基礎資料。

2.2 地基沉降理論計算

軟土地基的總沉降量S∞通常包括瞬時沉降 Sd、主固結沉降 Sc、次固結沉降 Ss之和,即S∞=Sd+Sc+Ss。瞬時沉降是在荷載實施后立即發(fā)生的沉降量,它是由剪切變形引起的;主固結沉降是指在主固結過程中產生的沉降量,它是由水從孔隙中排出引起的;次固結沉降是土骨架在持續(xù)荷載下發(fā)生蠕變所引起的。由于在計算過程中瞬時沉降和次固結沉降較難通過理論計算,所以在SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》[5]中推薦總沉降量按分層總和法進行計算,即通過計算主固結沉降,再用沉降計算經驗系數(shù)修正,表達式為:

由于采用的是經驗公式近似計算,沉降量計算與地基土分層、各土層e-P曲線、土層壓縮深度以及地區(qū)經驗系數(shù)ms等有關,在操作過程中常因對公式的理解不透而造成沉降分析的偏差。

(1)沉降計算基面問題。對于存有浮泥或流泥的地基土層,因浮泥和流泥不具承載力,沉降計算基面應以浮泥、流泥層的底面為準。其余情況,均應以實測灘涂面頂標高為計算基面。

(2)附加應力計算問題。分層沉降計算過程中,土層壓縮量與e-P曲線有關,附加應力的計算直接關系到孔隙比的變化值,由于圍墾工程軟土地基上的沉降量通常較大,使得沉降引起的堤壩增高值(預留高程與設計高程之差)對附加應力的計算影響很大,因此,在沉降計算中應予以考慮。

(3)土層壓縮計算深度問題。《海堤工程設計規(guī)范》中對土層壓縮計算深度規(guī)定“可按式σz/σB≤0.2的條件確定”,是非強制性條款,因此,對于實際軟弱土層遠大于σz/σB≤0.2控制深度的地基,其計算土層壓縮深度宜按σz/σB≤0.1控制更符合實際。

(4)經驗系數(shù)ms取值問題。由于公式中將瞬時沉降和次固結沉降的影響都轉化為經驗系數(shù)予以一并考慮,故圍墾軟基施工過程中常出現(xiàn)的拋石擠淤沉降量應在經驗系數(shù)ms取值上體現(xiàn)。此外,《海堤工程設計規(guī)范》中對經驗系數(shù)取值范圍的描述為“可采用m=1.3～1.6”,并非強制規(guī)定了取值的上、下限,具體工程操作中宜結合前述3個影響因素根據(jù)實際情況和類似工程經驗合理取值。

2.3 沉損系數(shù)的確定

設計計算工程量時常以斷面幾何方量乘以沉損系數(shù)作為實際斷面發(fā)生的方量,這里所指的沉損系數(shù)包括2個部分,一部分為沉降系數(shù),另一部分為損耗系數(shù)。損耗系數(shù)與施工工藝、料源、自然因素等有關,體現(xiàn)施工中的斷面損耗量的大小。沉降系數(shù)為斷面幾何方量加斷面總沉降量之和與斷面幾何方量的比值,其中斷面總沉降量包含地基沉降量和斷面自身壓縮量,由于軟基上的地基沉降量遠遠大于自身壓縮量,且斷面自身壓縮量要求在施工過程中通過分層碾壓來完成,故近似地認為斷面總沉降量約等于地基沉降量。

浙東圍墾工程中多以土石混合堤型結構的海堤為主,外海采用石壩擋潮,內側采用當?shù)睾Ｍ磕喾罎B閉氣。對于石方,損耗系數(shù)在沉損系數(shù)中所占的比重較小,而對于閉氣土方,損耗系數(shù)在沉損系數(shù)中所占的比重較大。設計過程中將沉降系數(shù)與沉損系數(shù)混淆在一起的情況時有發(fā)生,也使得工程量的統(tǒng)計偏離實際。因此,筆者認為在圍墾工程設計中,不但應提供沉損系數(shù),而且還應分別提供沉降系數(shù)和損耗系數(shù),以便校核沉損系數(shù)的準確性。

2.4 工后預留沉降的確定

建于軟基上的圍墾工程,在工程完工后較長的一段時間內,地基土仍處在緩慢固結壓縮過程,產生工后沉降。因此,地基總沉降又可分為施工期沉降和工后沉降2個階段,而工后沉降又分完工驗收到竣工驗收區(qū)間沉降和竣工驗收后沉降。為保證圍墾工程在運行期間內滿足防潮 (洪)標準,工后沉降量體現(xiàn)為預留超高,然而對于工后預留沉降量的計算期限卻爭議較大。筆者認為,工后預留沉降計算期限宜為工程完工驗收時起后10 a,這主要是由于新建圍墾工程一般在完工后5～10 a沉降全部完成,同時《浙江省海塘工程安全鑒定管理辦法(試行)》中也規(guī)定“首次安全鑒定應在建成后10 a內進行”,確定10 a的計算期限較為合理。

此外,由于地基沉降是隨時間推移始終在發(fā)生的連續(xù)過程,且通常施工期沉降要完成總沉降量的90%左右,考慮到圍墾工程完工驗收至竣工驗收還有一段較長的時間,在這段時間里還要產生區(qū)間沉降,完工驗收時已經完成堤頂剛性路面澆筑,因此,對于預留超高的驗收時間宜明確為完工驗收階段,且預留超高作為工后沉降量的體現(xiàn),已計入沉降系數(shù)中,在竣工結算時不另行計量結算,且預留沉降量在設計時應提出建議值,在完工前要根據(jù)沉降觀測資料由業(yè)主牽頭會同設計單位、原位觀測單位、監(jiān)理單位、施工單位共同研究分析確定,以確?？⒐を炇諘r堤頂高程大于等于設計高程的要求。

3 招投標過程中的沉降風險約定問題

影響軟土地基上圍墾工程的沉降因素很多,且規(guī)范推薦的公式為經驗公式,造成設計階段很難十分準確地確定沉降量大小。目前,施工招標文件中有關工程量的約定逐步從過去的按實結算轉變?yōu)槎堪山Y算,即招標文件中提供的工程量及沉降系數(shù)通過設計理論分析確定,在合同期內不予調整。對于按實結算的約定,沉降偏差的風險多由業(yè)主方承擔,尤其是施工超載原因產生的沉降由業(yè)主來承擔極不合理,且容易發(fā)生投資難以控制,突破概算的情況;而對于定量包干結算的約定,沉降偏差的風險轉嫁于施工單位,尤其是地質原因及設計計算不準確引起的沉降預測偏差由施工單位承擔也不合理,這使得一些工程因招標文件中沉降系數(shù)的嚴重偏離而造成施工單位中標后收不抵支的現(xiàn)象,產生經濟糾紛。鑒于上述2種情況,筆者認為在施工招標文件中對沉降風險的約定宜采取條件定量結算方式,即:建設單位與施工單位既不簽訂開口合同也不簽訂閉口合同而是簽訂半開口半閉口合同,根據(jù)實踐經驗,實際發(fā)生的沉降量超出合同約定沉降量的10%以內時,工程量結算不予調整,超過10%時,按照程序界定業(yè)主方與施工方相應承擔的比例,業(yè)主方承擔70%,施工單位承擔30%為宜。

4 建設管理過程中的軟基沉降控制問題

在堤身加載階段,為有效地控制軟基沉降問題,施工單位應嚴格按照設計提供的加荷曲線在原位觀測的指導下控制好加載速率,同時施工、監(jiān)理、業(yè)主單位應加強施工機械超載的督察力度,防止施工荷載過大產生急劇的沉降變形。

對于外輪廓剛性結構(如擋墻、堤頂路面等),一般宜在堤身填筑完成后,且沉降變形達到基本穩(wěn)定后方可實施。當?shù)躺沓两邓俾市∮? mm/月,可認為沉降變形已基本穩(wěn)定。因施工進度等要求,沉降變形未能達到基本穩(wěn)定情況下需要實施剛性結構時,則應根據(jù)即時原位觀測資料推測工后10 a該部位的總沉降量,扣除已發(fā)生的沉降量,其差值即為施工時預留沉降量的控制值。

在工程量結算時,如實際沉降量與設計沉降量發(fā)生較大偏差,宜通過雷達掃描物探加地質鉆探校核的方式來鑒定基底土石分界面,這種鑒定方法誤差可控制在3%以內,從而反推實際發(fā)生的工程量,再按前述沉降風險的約定進行結算。

5 結 語

灘涂圍墾建設是實施“創(chuàng)業(yè)富民、創(chuàng)新強省”總戰(zhàn)略、拓展浙江長遠發(fā)展空間、促進浙江經濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要,也是當前“擴內需、保增長”的有力措施。本文針對浙江省圍墾工程建設過程中普遍存在的軟土地基沉降過大的現(xiàn)象,從前期勘察設計到施工建設管理等不同階段提出應當重視的問題。

[1]中華人民共和國建設部.GB 50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[2]中華人民共和國水利部.GB 50287—99,水利水電工程地質勘察規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,1999.

[3]中華人民共和國水利部.SL 188—2005,堤防工程地質勘察規(guī)程 [S].北京:中國水利電出版社,2005.

[4]中華人民共和國交通部.JTJ 240—79《港口工程地質勘察規(guī)范》[S].北京:中國交通出版社,1979.

[5]中華人民共和國水利部.SL 435—2008,海堤工程設計規(guī)范[S].北京:中國水利出版社,2008.