胡榮華，龍 祁，陳敏華，余海忠

(1.中國鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計院，廣東 深圳 518034;2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，鄭州450015)

深圳市機場擴建項目擬建場地位于深圳寶安國際機場的西側(cè)，珠江口伶仃洋東側(cè)，現(xiàn)狀為海域和魚塘，近期工程填海面積接近10 km2[1]。除了需要大面積填海之外，擬建場地普遍覆蓋5.0～12.0 m厚的海相沉積淤泥，必須經(jīng)過軟基處理后才能滿足上部結(jié)構(gòu)的建設(shè)要求，所以場地陸域形成(包括海堤的建設(shè)與填海)和軟基處理工程是機場擴建項目的先導(dǎo)工程[1]。碼頭區(qū)位于場地的西南側(cè)，拋石海堤已經(jīng)圍閉，吹填砂后西堤局部出現(xiàn)滑移[2]，因此需對圍堰進行穩(wěn)定性分析，其目的是在海堤圍成的場區(qū)內(nèi)進行軟基處理，保證海堤的穩(wěn)定安全。

1 工程概況

拋石堤已經(jīng)圍閉，碼頭區(qū)軟基處理斷面吹砂至高程1.5 m(吹填砂后西堤局部出現(xiàn)滑移現(xiàn)象)，填砂墊層厚1 m，鋪填砂層，填土碾壓至各塊區(qū)的相應(yīng)交工面高程(考慮預(yù)留沉降量)，填筑各塊區(qū)相應(yīng)厚度的預(yù)壓填砂。海堤及場地剖面如圖1所示。

圖1 海堤及周邊場地剖面(單位:m)

2 陸域形成與軟基處理方案

2.1 陸域形成方案

根據(jù)材料的來源和工程的要求，采用吹砂、填砂(土)為主的陸域形成方案。陸域形成具體程序和方法為[1]:

1)拋石爆破形成海堤圍堰;

2)海域由圍堰圍閉之后，拋石堤內(nèi)側(cè)設(shè)反濾層并鋪設(shè)反濾土工布，海底泥面鋪設(shè)土工布;

3)分層吹填砂，出水面之后振沖密實;

4)出水面以上部分，采用填砂和填土，通過振動壓實至設(shè)計要求的密實度。

2.2 軟基處理方案

碼頭區(qū)軟基處理采用排水固結(jié)堆載預(yù)壓法[1]。豎向排水體采用塑料插板，在既有海堤部位，考慮到插板施工困難，采用大直徑砂井。海域場地，吹填砂層可作為水平排水層，但為了保險起見，在吹填砂層之上設(shè)置一層中粗砂砂墊層，專門作為排水層。拋石圍堰屬于透水堤堰，砂墊層內(nèi)的水和外海連通，不設(shè)集水井，也不需要強制抽水。在現(xiàn)狀魚塘場地，設(shè)置盲溝和集水井，在預(yù)壓期間進行強制抽水。

3 穩(wěn)定性分析斷面模型

3.1 典型斷面及土工參數(shù)

根據(jù)文獻[3]，圖1斷面中各土層的土工參數(shù)如表1所示。

3.2 淤泥土工參數(shù)取值

根據(jù)排水固結(jié)軟基處理的原理，海堤內(nèi)側(cè)軟基處理及堆載期間，淤泥層由于排水，強度會有所提高，在海堤穩(wěn)定性計算時，要考慮海堤內(nèi)側(cè)淤泥強度增長的因素[4-5]。根據(jù)文獻[6]，加載(場地加載情況見圖 2)和預(yù)壓過程中(固結(jié)曲線見圖3)的強度增長采用下式計算

表1 土工物理力學(xué)參數(shù)

圖2 圍堤加載曲線

式中 S——淤泥固結(jié)強度;

ccu——三軸固結(jié)不排水剪黏聚力;

γ——淤泥重度;

h——淤泥自重對應(yīng)的深度;

φcu——三軸固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角;

Δσ——淤泥上部堆載產(chǎn)生的應(yīng)力;

U——淤泥的平均固結(jié)度，其可按 U=U0+ΔU=St/Sc+ΔU計算，其中，Sc為預(yù)留沉降量，St為實測沉降量;ΔU為現(xiàn)狀堆載到滿載施工期產(chǎn)生的固結(jié)度增量。

根據(jù)沉降板實測值，場地內(nèi)實測沉降量平均值為0.889 m，固結(jié)度 U0=0.889/1.8=49.4%。

其中ΔU計算時，采用的參數(shù)為[1]:豎向固結(jié)系數(shù)Cv=4.50 ×10－4cm2/s，徑向固結(jié)系數(shù) Ch=5.00 ×10－4cm2/s，排水板間距1.0 m。根據(jù)現(xiàn)在加載所處時刻到滿載時的固結(jié)度得到ΔU=20%。則U=49.4%+20%=69.4%。

圖3 場地固結(jié)曲線

根據(jù)文獻[6]，取海域淤泥強度指標為 ccu=6.7 kPa，φcu=14°，則場地內(nèi)經(jīng)過處理的淤泥強度為

設(shè)場地內(nèi)經(jīng)過處理的淤泥的等代內(nèi)摩擦角為ˉφcu，則

對比 S和 S等，有

據(jù)此，場地內(nèi)已經(jīng)過處理的淤泥強度指標可等效取為 ccu=6.7 kPa=10.5°。

此外，圍堤底淤泥取相關(guān)十字板剪切強度平均值。根據(jù)文獻[7]，得到

4 海堤穩(wěn)定性分析

根據(jù)文獻[1]與文獻[3]，穩(wěn)定性分析斷面的選擇如圖4所示。

同時根據(jù)雷達測線得出的圍堤斷面[2]，與斷面條件相接近的情況有以下幾組:①J1，J2;②J3～J9;③J10～J12;④J13，J14;⑤J15～J17。

利用加拿大邊坡穩(wěn)定性分析軟件GEO-SLOPE建立模型，采用摩根斯坦—普萊斯通用條分法計算最小安全系數(shù)。在進行臨界滑裂面搜索的過程中，結(jié)合復(fù)合滑動面的方法，以得出更合理的最小安全系數(shù)。計算分析結(jié)果見表2～表4。

表2 斷面最小安全系數(shù)(1)

圖4 穩(wěn)定性分析平面布置及斷面選取

表4 斷面最小安全系數(shù)(3)

上述5組斷面情況的計算結(jié)果見圖5～圖9，每組選擇一個典型斷面列出圖片。

圖5 第一組斷面J1穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖6 第二組斷面J4穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖7 第三組斷面J12穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖8 第四組斷面J14穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖9 第五組斷面J17穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

由表2～表4及圖5～圖9，J13～J17斷面(即0+215.8—0+787)的安全系數(shù)偏低，應(yīng)對該段海堤進行加固，加固主要措施如下:

1)對于發(fā)生局部滑移的地方，首先回填至堤頂并在海堤外側(cè)堤腳采用300 kg以上的塊石加固。

2)對0+215.8—0+787段海堤堤腳進行直接加固，主要采用60～100 kg的塊石加固堤腳。

深圳機場目前軟基處理已經(jīng)完畢，且已經(jīng)開始部分上部結(jié)構(gòu)的施工。海堤加固至今安全穩(wěn)定，沒有再次發(fā)生局部滑移現(xiàn)象，海堤位移監(jiān)測結(jié)果也表明海堤側(cè)向位移很小，表明加固效果良好。

5 結(jié)論

本文依托實際工程對卸荷板擋土墻進行了設(shè)計。得出如下幾點主要結(jié)論:

1)海堤內(nèi)側(cè)與外側(cè)的淤泥強度取值是海堤穩(wěn)定性計算的關(guān)鍵，特別是海堤內(nèi)側(cè)的淤泥在軟基處理范圍內(nèi)，其強度值與施工過程緊密聯(lián)系，其取值應(yīng)通過計算得到。

2)從穩(wěn)定性分析結(jié)果看，J13～J17斷面的安全系數(shù)偏低，建議對西段圍堤0+215.8—0+787進行加固，并提出了相應(yīng)的加固措施。

3)由監(jiān)測結(jié)果可知，本文提出的加固措施效果良好。

4)本文穩(wěn)定性計算的方法，以及提出的相應(yīng)的加固處理措施，對類似海堤工程的設(shè)計與施工有重要借鑒意義。

[1]劉國楠，馬馳，馬凡剛，等.深圳機場飛行區(qū)擴建陸域形成及軟基處理工程海堤工程(堤身及基礎(chǔ)處理部分)(四標段部分)施工設(shè)計說明與圖集[R].深圳:中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計院，2007.

[2]深圳市工勘巖土工程有限公司.深圳機場飛行區(qū)擴建陸域形成及軟基處理海堤工程(堤身及基礎(chǔ)部分)(四標部分)補充檢測工程——測量、鉆探及地質(zhì)雷達檢測報告[R].深圳:深圳市工勘巖土工程有限公司，2008.

[3]深圳市工勘巖土工程有限公司.深圳機場飛行區(qū)擴建陸域形成及軟基處理油碼頭區(qū)巖土工程補充勘察報告[R].深圳:深圳市工勘巖土工程有限公司，2008.

[4]劉國楠，陳敏華，胡榮華.深圳機場擴建項目碼頭區(qū)海堤穩(wěn)定性分析報告[R].深圳:中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計院，2008.

[5]何維山，柯洪，趙永剛.排水固結(jié)法在臺州軟土地基處理中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2010(5):87-89.

[6]中華人民共和國交通部.JTJ250—98港口工程地質(zhì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，1998.

[7]深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司.深圳機場飛行區(qū)擴建工程陸域形成及軟基處理巖土工程勘察報告[R].深圳:深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司，2005.