朱琳，李守龍，黃晉申

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032）

某海堤工程失穩(wěn)原因分析及加固方案

朱琳，李守龍，黃晉申

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032）

某工程二期海堤建成 1.5 a 后局部段滑移入海，對(duì)比事故發(fā)生前后 2 次地質(zhì)勘察資料，選取合適參數(shù)計(jì)算不同工況下海堤的穩(wěn)定性，從理論上分析失穩(wěn)原因。根據(jù)穩(wěn)定分析及計(jì)算結(jié)果，給出了該海堤現(xiàn)階段不同工況下的加固方案。

海堤；失穩(wěn)；加固

1 工程概況

原海堤位于碼頭后方區(qū)域，全長(zhǎng)約 1.1 km，采用斜坡堤結(jié)構(gòu)，天然泥面標(biāo)高-4.0~-2.0m，擋浪墻頂標(biāo)高+5.2m，后方場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高+3.6m。護(hù)面采用干砌塊石及條石，地基加固采用短塑料排水板+堤身分級(jí)加載，排水板打設(shè)寬度為 22m。海堤后方即為 24m 寬的場(chǎng)地主干道，之后的實(shí)際施工中排水板打設(shè)寬度擴(kuò)寬至該主干道范圍，增加至約 41.8m。原設(shè)計(jì)海堤斷面圖見圖 1。

2 事故現(xiàn)場(chǎng)情況

海堤建成 1.5 a 后，75m 碼頭段及 175m 海堤在低水位時(shí)滑移入海，見圖 2。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)海堤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，局部堤段日均沉降量仍有約1.5mm/d。

3 事故原因分析

3.1 地質(zhì)條件對(duì)比分析

2005 年在工程區(qū)域曾進(jìn)行過施工圖設(shè)計(jì)地質(zhì)勘察，事故發(fā)生后再次在該區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察。由于兩次勘察時(shí)間和勘察單位不同，土層劃分及命名有所變化。Ⅰ1層是堤前淤泥，由于是新近回淤，該層厚度變大且十字板強(qiáng)度由 11.5 kPa 降低至 5.7 kPa。Ⅱ1-1層及Ⅱ1-2層即原勘察的Ⅱ1層，指標(biāo)變化并不大，如天然含水量、天然重度、孔隙比等，十字板剪指標(biāo)也基本相同，說明地基采用插設(shè)短塑料排水板+堤身分級(jí)加載處理，經(jīng)過1.5 a 左右海堤下主要軟弱土層Ⅱ1層強(qiáng)度增長(zhǎng)不明顯。這主要是由于堤身荷載不大，堤身平臺(tái)處附加應(yīng)力更小，而堤下軟土層普遍深厚，并且原設(shè)計(jì)插設(shè)的是短板，未打穿Ⅱ1層軟土層，因此對(duì)該層土的指標(biāo)影響更加有限。

3.2 整體穩(wěn)定性復(fù)核

考慮到堤身為拋石透水堤，故計(jì)算內(nèi)水位采用原泥面線，計(jì)算外水位按最不利情況取極端低水位。土體指標(biāo)采用事故發(fā)生后的新地質(zhì)勘察報(bào)告中的數(shù)值。采用 bishop 條分法計(jì)算所得結(jié)果如表1。

圖1 原海堤設(shè)計(jì)斷面Fig.1 Design section of the primary seawall

圖2 滑塌區(qū)域位置示意圖Fig.2 The slip area location

表1 最小抗力分項(xiàng)系數(shù)Table 1 Par tialsafety factor for them inimum resistance

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，原海堤在最不利極端低水位、堤頂及堤后方道路等代荷載考慮 10 kPa 情況下，采用十字板等原位指標(biāo)計(jì)算平均最小抗力分項(xiàng)系數(shù)為 0.922，接近 1.0，處于臨界狀態(tài)。根據(jù)本地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)，淤泥及淤泥質(zhì)黏土采用十字板等原位指標(biāo)計(jì)算的整體穩(wěn)定性符合實(shí)際情況。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)使用情況分析

原設(shè)計(jì)中未明確海堤后方道路及場(chǎng)地使用荷載情況，因此現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行過小范圍大集度的堆放鋼板及廢砂。根據(jù)上節(jié)計(jì)算，海堤處于臨界狀態(tài)，大集度的堆載很可能打破這種臨界穩(wěn)定，成為海堤整體失穩(wěn)的誘因。

4 加固方案

4.1 方案初步選擇

由于海堤及堤后道路處于使用中，不能中斷，故在堤頂及堤后道路開挖后再進(jìn)行大范圍加固是不可能的。另外海堤下開山石回填層很厚，厚度一般大于 3.5m，粒徑大小不一，又靠近海域，故很難進(jìn)一步加固，可供選擇的加固方案比較有限。初步考慮采用碎石樁及打設(shè)抗滑樁兩個(gè)方案。

4.2 計(jì)算分析

以 13-13 地質(zhì)剖面為例，在上節(jié)所述計(jì)算條件下，進(jìn)行了不同深度滑弧的計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果如圖3。

圖3 滑弧深度-最小抗力分項(xiàng)系數(shù)Fig.3 Slip circle depth-partial safety factor for the m inimum resistance

滑弧深度為從堤頂水平線起始往下計(jì)算。從以上計(jì)算結(jié)果可以看出深層土體（滑弧深度約 20 m 以上，除大于 44m 的土體為深層良好持力層外）計(jì)算抗力分項(xiàng)系數(shù)均小于 1.1，是不安全的。而淺層土體（滑弧深度約 20m 以內(nèi)）計(jì)算抗力分項(xiàng)系數(shù)大于 1.1，是安全的。其它典型斷面 8-8 及22-22 不同滑弧深度計(jì)算值看，同上述結(jié)果有一致性。

海堤滑弧基本上均為深滑弧，多距離原始泥面 25~30m，位于 II1-1及 II1-2層土體層間結(jié)合處。而碎石樁加固長(zhǎng)度一般在 20m以內(nèi)，加固深度比較難達(dá)到。綜合考慮到施工的可操作性，擬采用在海堤前坡 0.2m 平臺(tái)打設(shè)抗滑樁進(jìn)行加固。

4.3 加固方案

1） 加固方案試算

為減少對(duì)現(xiàn)有海堤的不利影響，抗滑樁擬采用鉆孔灌注樁，樁徑 1m，樁距2m，抗滑樁穿透II1-2層進(jìn)入 II2層一定深度，樁長(zhǎng) 35~40m。設(shè)計(jì)加固后海堤斷面最小抗力分項(xiàng)系數(shù)見表1。

從表1中可見，加固后海堤斷面最小抗力分項(xiàng)系數(shù)均大于 1.1，滿足 JTS 147-1—2010《港口工程地基規(guī)范》所要求的采用十字板剪或無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算持久狀況下最小抗力分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)大于 1.1~1.3 的規(guī)定。

2）加固方案確定

試算結(jié)果表明，樁徑 1m，樁距 2m，樁長(zhǎng)35~40m 的加固方案是可行的。依據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，將單排樁每隔一根抽出往后排成梅花樁，樁距增大一倍，樁數(shù)相同，并在樁頂通過縱梁連接，這樣形成的雙排樁較單排樁側(cè)向剛度更大，樁身受力更合理，施工也更為方便[1-3]。據(jù)此將樁基調(diào)整為按兩排打設(shè)，排距2m，樁距4m，布置如圖4。樁頂通過縱梁連接形成整體，縱梁尺寸為 1.2 m（寬）× 0.8m（高）。

圖4 抗滑樁平面布置圖Fig.4 Layoutofslide-resistant piles

根據(jù)上述樁型及樁基布置，采用通用有限元軟件 MidasGTS 計(jì)算樁基自身受力，再依據(jù)計(jì)算所得樁基內(nèi)力及 GB 50010—2002《 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算樁基配筋，樁基按構(gòu)造配筋即可滿足樁基受力要求，實(shí)際設(shè)計(jì)取 20φ25mm。

5 結(jié)語

1） 原地基加固中所采用的未穿透軟土層的短塑料排水板在短時(shí)間內(nèi)對(duì)于土體強(qiáng)度的有效增長(zhǎng)作用不明顯。其次，設(shè)計(jì)時(shí)海堤必須明確后方的使用荷載。大集度的堆載，即使是在較小范圍內(nèi)，也可能成為海堤整體失穩(wěn)的誘因。

2）工程所在地區(qū)淤泥及淤泥質(zhì)黏土，采用十字板剪等原位指標(biāo)檢測(cè)，其穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況吻合。

3） 工程采用的加固方案經(jīng)受了時(shí)間的考驗(yàn)，經(jīng)實(shí)踐證明是科學(xué)合理且可行。

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Instability reason analysis and reinforcement scheme of a seawall project

ZHU Lin,LIShou-long,HUANG Jin-shen
（CCCCThird Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai200032,China）

The partof a seawall in one phaseⅡprojectwas slipped into sea after a year and a half.The stability of seawallwas calculated under variousworking conditions,and its calculation parameterswere selected through comparative analysis of the geotechnical survey data before and after the accident,the instability reason was analyzed in theory.The calculation results indicate the reinforcementscheme for the seawallat the presentstage in differentworking conditions.

seawall;instability;reinforcement

U656.21

A

2095-7874（2014）10-0057-03

10.7640/zggw js201410016

2014-06-16

2014-07-09

朱琳 （1983 — ），女，貴州銅仁市人，碩士，工程師，地下建筑工程專業(yè)。E-mail:zhu l@theidi.com