毛丹紅,袁文喜,曾 甄

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

1 問題的提出

淤泥質(zhì)軟土在我國分布廣泛,特別是遼東灣、渤海灣、黃河三角洲、萊州灣、海州灣及黃河三角洲,江蘇沿海、長江三角洲、浙閩港灣及珠江三角洲等地廣為分布。由于淤泥質(zhì)土具有強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透系數(shù)小、變形持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn),在該地基上修筑堤塘工程的沉降問題一直備受關(guān)注。

目前,淤泥質(zhì)地基上堤塘工程建設(shè)過程中普遍存在以下幾種典型情況:

(1)鎮(zhèn)壓平臺、消浪平臺等部位在沉降尚未穩(wěn)定的情況下就開始護(hù)面等剛性體施工,其預(yù)留沉降的控制往往由施工單位憑經(jīng)驗(yàn)確定,未充分預(yù)留,導(dǎo)致平臺高程在驗(yàn)收時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)高程,面臨返工不現(xiàn)實(shí)而驗(yàn)收又存在質(zhì)量缺陷的兩難局面。

(2)堤身上部擋墻等重力式結(jié)構(gòu),砌筑施工時(shí)沉降預(yù)留不充分,在結(jié)頂施工時(shí)為保證驗(yàn)收堤頂高程往往出現(xiàn)擋墻結(jié)構(gòu) “長高” 現(xiàn)象。

(3)工后預(yù)留沉降估計(jì)不足,在竣工驗(yàn)收時(shí)或是運(yùn)行一兩年后堤頂?shù)炔课坏母叱踢_(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

本文結(jié)合類似工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),對在淤泥質(zhì)軟土地基上采用排水板技術(shù)條件下堤塘工程施工過程中預(yù)留沉降的控制問題從勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)管理過程等方面進(jìn)行幾點(diǎn)探討,以供其它類似工程參考。

2 堤塘工程沉降的計(jì)算與分析

2.1 勘測設(shè)計(jì)階段的沉降理論計(jì)算

軟土地基的總沉降量S∞通常包括瞬時(shí)沉降Sd、主固結(jié)沉降Sc和次固結(jié)沉降Ss,即S∞=Sd+Sc+Ss。瞬時(shí)沉降是在荷載實(shí)施后立即發(fā)生的沉降量,它是由剪切變形引起的;主固結(jié)沉降是指在主固結(jié)過程中產(chǎn)生的沉降量,是由水從孔隙中排出引起的;次固結(jié)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(jì)算過程中瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降較難通過理論計(jì)算得出,所以在SL 435—2008《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦總沉降量按分層總和法進(jìn)行計(jì)算,即通過計(jì)算主固結(jié)沉降,再用沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正,表達(dá)式為:

式中:S為最終沉降量,mm;n為壓縮層范圍的土層數(shù);e1i為第i土層在平均自重和平均附加固結(jié)應(yīng)力作用下的孔隙比;e2i為第i土層在平均自重和平均附加應(yīng)力作用下的孔隙比;hi為第i土層的厚度,mm;m為修正系數(shù)。

沉降量理論計(jì)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(jīng)驗(yàn)系數(shù)ms等有關(guān),對于過程中的沉降量計(jì)算,還與加載曲線、土體固結(jié)度等因素有關(guān)。

2.2 施工階段的沉降監(jiān)測分析

按照堤塘工程相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定,施工過程中應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)需要設(shè)置沉降等一般性監(jiān)測項(xiàng)目,例如地表沉降監(jiān)測、地基分層沉降監(jiān)測等。原位的沉降觀測不僅能直接獲得堤塘建設(shè)過程中實(shí)際發(fā)生的沉降過程,還可以通過現(xiàn)場實(shí)測資料來推算沉降量與時(shí)間的關(guān)系。目前,地基沉降預(yù)測方法有很多種,如曲線擬合法、線性回歸法、灰色預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、時(shí)間序列法等。

2.3 設(shè)計(jì)沉降與沉降原位監(jiān)測的差異分析

規(guī)范推薦的分層總和法計(jì)算沉降,未考慮側(cè)向變形的影響,且規(guī)范上所提供的沉降修正系數(shù)均比較籠統(tǒng)、粗略,同時(shí)實(shí)際施工過程中加載情況、土體固結(jié)等情況往往與理論計(jì)算分析條件存在差異,因此,前期勘測設(shè)計(jì)階段的沉降過程曲線與實(shí)際原位觀測到的沉降過程存在偏差。堤塘工程建設(shè)過程中不能僅依據(jù)勘測設(shè)計(jì)階段確定的預(yù)留數(shù)值進(jìn)行施工控制,而應(yīng)結(jié)合施工實(shí)際及原位沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)采取動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行綜合分析后科學(xué)確定。

3 堤塘工程沉降預(yù)留控制方法的探討

3.1 沉降預(yù)留的時(shí)間因素

3.1.1 沉降穩(wěn)定的判定

沉降穩(wěn)定應(yīng)從理論計(jì)算和原位監(jiān)測2個(gè)方面進(jìn)行判定。理論計(jì)算認(rèn)為,固結(jié)度大于70%的土體,固結(jié)引起的沉降大部分已基本完成;原位監(jiān)測認(rèn)為,當(dāng)?shù)躺硗馏w填筑后觀測沉降量小于8 mm/月時(shí),沉降也已基本穩(wěn)定。

3.1.2 工后預(yù)留沉降的期限

建于淤泥質(zhì)土上的堤塘工程,在工程完工后較長一段時(shí)間內(nèi),地基土仍處在緩慢固結(jié)壓縮過程中,產(chǎn)生工后沉降。為保證圍墾工程在運(yùn)行期間滿足防潮(洪)標(biāo)準(zhǔn),工后沉降量體現(xiàn)為預(yù)留超高。新建堤塘工程一般在完工后5～10 a沉降基本完成,同時(shí)堤塘工程在建成后10 a左右通常要進(jìn)行安全鑒定,因此確定工后預(yù)留沉降的期限為10 a較為合理。

3.1.3 施工時(shí)序引起的沉降預(yù)留差異

由于通常建設(shè)的堤塘工程堤線較長,分段施工在加載時(shí)序上存在差異,為保證竣工時(shí)外觀質(zhì)量,應(yīng)考慮先期施工堤段與后施工堤段的沉降預(yù)留差異。

3.2 剛性體護(hù)面結(jié)構(gòu)沉降預(yù)留控制

堤塘工程剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)(混凝土灌砌塊石擋墻、格梁、堤頂路面等)施工通常應(yīng)在堤身完成后,且沉降變形達(dá)到基本穩(wěn)定后方可實(shí)施。即當(dāng)?shù)躺沓两邓俾市∮? mm/月,可認(rèn)為沉降變形已基本穩(wěn)定。然而,在實(shí)際工程建設(shè)過程中,往往因?yàn)槭┕みM(jìn)度等要求,沉降變形未能達(dá)到基本穩(wěn)定情況下就需要實(shí)施剛性護(hù)面結(jié)構(gòu),此時(shí)就應(yīng)根據(jù)即時(shí)原位監(jiān)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,其差值作為施工時(shí)預(yù)留沉降量的控制值。對于堤線較長、地形地質(zhì)條件較復(fù)雜的堤塘工程,還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)斷面、施工組織安排等分段做好沉降預(yù)留預(yù)測分析。

3.3 堤頂工后預(yù)留沉降控制

堤頂工后預(yù)留沉降的確定應(yīng)在澆筑堤頂?shù)缆芳胺览藟η?根據(jù)已觀測到的沉降資料,預(yù)測在防浪墻、堤頂路面結(jié)構(gòu)層荷載以及其他未完成部分荷載作用下,工后10 a的堤頂中沉降量,扣除已發(fā)生的沉降量,其差值作為施工時(shí)堤頂工程預(yù)留沉降量的控制值。因此,勘測設(shè)計(jì)階段確定的堤頂工后預(yù)留沉降值應(yīng)根據(jù)原位沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)整。換言之,實(shí)際工期較原計(jì)劃工期提前的,堤頂工后預(yù)留沉降要酌情增大;實(shí)際工期較原計(jì)劃工期延遲的,堤頂工后預(yù)留沉降可酌情減少。

4 結(jié) 語

沉降預(yù)留控制是困擾淤泥質(zhì)地基上堤塘工程施工質(zhì)量的難題之一,本文通過勘測設(shè)計(jì)階段的沉降理論計(jì)算和施工階段的沉降監(jiān)測的差異對比,提出堤塘工程沉降預(yù)留控制方法,為今后類似堤塘工程的實(shí)施提供借鑒。