潘明杰，羅林峰，吳國(guó)芳

（1.浙江省水利科技推廣與發(fā)展中心，杭州310012；2.紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，紹興312000）

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基于分層沉降理論的海堤預(yù)測(cè)沉降計(jì)算方法

潘明杰1，羅林峰1，吳國(guó)芳2

（1.浙江省水利科技推廣與發(fā)展中心，杭州310012；2.紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，紹興312000）

摘要：文本介紹了采用基于一維固結(jié)沉降理論下的分層總和法，計(jì)算軟粘土地基的主固結(jié)沉降量，利用實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)推算最終沉降量，并反算沉降修正系數(shù)；再對(duì)未來荷載下的地基利用分層總和法計(jì)算主固結(jié)沉降量，利用當(dāng)前荷載下推算的沉降修正系數(shù)，即可計(jì)算得出未來荷載下的地基總沉降量。本方法在預(yù)測(cè)未來荷載下地基的最終沉降量具有一定的精確性，是一種預(yù)測(cè)海堤地基沉降的新方法。

關(guān)鍵詞：海堤地基；荷載；沉降；預(yù)測(cè)

1　前言

海堤工程身處海域之中，其堤頂高程設(shè)計(jì)，需滿足相應(yīng)的防潮標(biāo)準(zhǔn)，故在海堤工程完工后運(yùn)行期的一定期限內(nèi)，堤頂高程需達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，以確保海堤運(yùn)行安全。特別是重力式防浪墻，由于其結(jié)構(gòu)的整體性，要求在底板澆筑前就確定海堤沉降的預(yù)留量，以克服運(yùn)行期沉降使海堤標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高的問題。目前對(duì)于軟基沉降的預(yù)測(cè)，公認(rèn)比較合理的是基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料的曲線擬合法，其特點(diǎn)是實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)中綜合了各種影響軟基沉降的因素，在地基沉降穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，能夠較為精確地預(yù)測(cè)出當(dāng)前荷載下地基的最終沉降量［2-4］。通過假設(shè)海堤填筑達(dá)到一定高程后（一般為總荷載的2 / 3），土體變形特性近似滿足線彈性體理論，可以對(duì)未來多級(jí)荷載作用下的地基沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)，但由于實(shí)際施工中未來荷載的不確定性，給未來多級(jí)荷載下預(yù)測(cè)地基沉降量，提出了新的難題。

本文主要采用基于一維固結(jié)沉降理論下的分層總和法，計(jì)算出軟粘土地基的主固結(jié)沉降量，利用實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)推算最終沉降量，并反算出沉降修正系數(shù)，再對(duì)未來荷載下的地基利用分層總和法計(jì)算主固結(jié)沉降量，及當(dāng)前荷載下推算的沉降修正系數(shù)，即可計(jì)算出未來荷載下的地基總沉降量。由于相同地區(qū)的地基沉降修正系數(shù)具有近似唯一性，也主要基于海堤填筑后期，地基土體結(jié)構(gòu)的線彈性體假設(shè)，本方法在預(yù)測(cè)未來荷載下地基的最終沉降量具有一定的精確性，且可以忽略其他預(yù)測(cè)方法中對(duì)未來荷載的加載時(shí)間和應(yīng)力大小的要求，是一種預(yù)測(cè)海堤地基沉降的新方法。

應(yīng)用該預(yù)測(cè)理論的海堤建設(shè)工程，于2007年12月開建，預(yù)測(cè)現(xiàn)狀時(shí)間為2009年11月（防浪墻底板澆筑前），工程于2011年11月完工，最新觀測(cè)成果為2012年12月，觀測(cè)時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)5年，其中得出預(yù)測(cè)成果時(shí)，離完工相距2年，離最近觀測(cè)相距3年。

2　計(jì)算方法

2.1 分層總和法計(jì)算主固結(jié)沉降量

分層總和法計(jì)算地基主固結(jié)沉降量，主要采用單向壓縮試驗(yàn)為基礎(chǔ)的一維固結(jié)沉降理論，利用壓縮試驗(yàn)的資料e-p曲線、壓縮模量Es或e-1gp曲線，計(jì)算軟土地基的主固結(jié)沉降量。本文采用e-p曲線，其計(jì)算公式如下：式中：Sc—主固結(jié)沉降量，mm；n—壓縮層范圍土層數(shù)；e1i—第i土層在平均自重固結(jié)應(yīng)力作用下的孔隙比；e2i—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；Hi—第i土層厚度，mm；

由于海堤斷面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本文計(jì)算的海堤結(jié)構(gòu)材料由拋石和淤泥土組成，因此在計(jì)算地基所受附加應(yīng)力時(shí)，需進(jìn)行分塊計(jì)算，考慮應(yīng)力疊加。

2.2 利用實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)推算最終沉降量

利用實(shí)測(cè)沉降曲線推算當(dāng)前荷載下地基的最終沉降方法有很多，常用的有雙曲線法、指數(shù)曲線、三點(diǎn)法等，由于地基沉降曲線的發(fā)展趨勢(shì)往往有所不同，不能單一地確定一種方法來預(yù)測(cè)最終沉降量，因此本文對(duì)最終沉降量的預(yù)測(cè)，采用了上述方法同時(shí)對(duì)同一條沉降曲線進(jìn)行分析的方法，最后選用預(yù)測(cè)沉降量最接近實(shí)測(cè)沉降量的預(yù)測(cè)值，來進(jìn)行沉降修正系數(shù)的反算。

2.3 沉降修正系數(shù)的反算

利用沉降修正系數(shù)和地基主固結(jié)沉降量計(jì)算最終沉降量，其計(jì)算公式為：

式中：S∞—最終沉降量，mm；m—沉降修正系數(shù)。

2.4 未來荷載下的地基最終沉降量

重復(fù)2.1項(xiàng)的計(jì)算工作，計(jì)算完工后下的海堤地基主固結(jié)沉降量，并利用2.3項(xiàng)計(jì)算得到的沉降修正系數(shù)，推算出地基在完工后的最終沉降量。

3　實(shí)例分析

3.1 基本情況

北洋涂圍墾工程位于椒江河口外側(cè)，臨海市上盤鎮(zhèn)以東，圍墾面積為3.27萬畝（21.8km2），海堤堤線總長(zhǎng)7.14km，北洋堤北起下山頭至麂晴山，長(zhǎng)度為6.74km，涂面高程-0.7～-1.4m［1］。北洋堤現(xiàn)狀典型斷面及完工后典型斷面見圖1、圖2。

依據(jù)浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院編制的《浙江省臨海市北洋涂圍墾工程初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，本工程白沙堤地表40m下，地基土體自上而下可分為下述幾層，計(jì)算用地基土層e-p資料見表1。

表1　計(jì)算用地基土層e-p值

3.2 沉降修正系數(shù)推算

3.2.1 利用分層總和法計(jì)算當(dāng)前荷載下的地基主固結(jié)沉降量

利用分層總和法，及各斷面的地質(zhì)資料，在同實(shí)測(cè)沉降點(diǎn)的位置，對(duì)現(xiàn)狀斷面下的海堤地基進(jìn)行主固結(jié)沉降量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。由于本工程沉降觀測(cè)斷面共有21個(gè)，限于篇幅，本文選取了7個(gè)連續(xù)的斷面。

圖1　北洋堤現(xiàn)狀典型斷面圖

圖2　北洋堤完工后典型斷面圖

表2　現(xiàn)狀斷面下（2009年11月）主固結(jié)沉降量、預(yù)測(cè)最終沉降量、沉降修正系數(shù)計(jì)算成果

3.2.2 利用實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)推算當(dāng)前荷載下的最終沉降量

利用實(shí)測(cè)沉降資料及曲線擬合法，對(duì)現(xiàn)狀荷載下的海堤地基的最終沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果見表2。

3.2.3 反算沉降修正系數(shù)

利用預(yù)測(cè)的最終沉降量，及分層總和法計(jì)算得到的主固結(jié)沉降量，即可求得該斷面的沉降修正系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表2。

3.3 完工斷面下地基的最終沉降量預(yù)測(cè)

3.3.1 利用e-p曲線計(jì)算未來荷載下的地基主固結(jié)沉降量

利用分層總和法，及各斷面的地質(zhì)資料，在相同的位置，對(duì)完工斷面下的海堤地基進(jìn)行主固結(jié)沉降量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

3.3.2 完工斷面下最終沉降量預(yù)測(cè)

利用分層總和法，及各斷面的地質(zhì)資料，在相同的位置，對(duì)完工斷面下的海堤地基進(jìn)行主固結(jié)沉降量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3；利用3.2計(jì)算得到的沉降修正系數(shù)，最后推算出完工斷面下地基的最終沉降量見表3。

表3　完工斷面下地基主固結(jié)沉降量及最終沉降量計(jì)算成果

3.3.3 預(yù)測(cè)沉降量對(duì)施工預(yù)留的建議

由于海堤防浪墻施工的整體性，要求海堤沉降施工預(yù)留在防浪墻底板澆筑前進(jìn)行，此時(shí)距離完成設(shè)計(jì)堤頂高程要求仍有近3.6m的拋石、平均2m的閉氣土方及防浪墻混凝土荷載，距離工程完工還有2年的時(shí)間，是海堤施工沉降預(yù)留的難題。根據(jù)上述計(jì)算成果，預(yù)測(cè)沉降建議值見表4。

表4　防浪墻底板澆筑預(yù)留沉降建議值

3.4 運(yùn)行期一年后實(shí)測(cè)預(yù)留超高量

項(xiàng)目施工按照本文計(jì)算成果進(jìn)行了預(yù)留，由于施工精度最終施工實(shí)際預(yù)留約為105cm，項(xiàng)目于2011年11月順利進(jìn)行了完工驗(yàn)收，至2012年12月，又運(yùn)行了1年有余，根據(jù)實(shí)測(cè)高程資料，海堤堤頂高程均有一定量的超高，能夠滿足今后海堤運(yùn)行對(duì)于高程的要求，實(shí)測(cè)預(yù)留超高量見表5。

4　結(jié)論

本文成果建立在5年的實(shí)測(cè)沉降序列上，獲得的主要結(jié)論如下。

表5　運(yùn)行期一年后實(shí)測(cè)預(yù)留超高量

（1）海堤工程的預(yù)留沉降量，考慮防浪墻的施工整體性，最宜在底板澆筑前進(jìn)行。

（2）本方法是由基于一維固結(jié)沉降理論下的分層總和法，計(jì)算出現(xiàn)狀斷面下（防浪墻底板澆筑前斷面）軟粘土地基主固結(jié)沉降量，再利用現(xiàn)狀斷面下的實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)，用曲線擬合的方法推算最終沉降量，并反算出沉降修正系數(shù)；再對(duì)未來荷載下的地基利用分層總和法計(jì)算主固結(jié)沉降量，利用現(xiàn)狀斷面下推算的沉降修正系數(shù)，計(jì)算出未來荷載下的地基總沉降量，最后計(jì)算出海堤防浪墻底板澆筑前的預(yù)留量。

（3）經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該預(yù)測(cè)未來荷載下地基的最終沉降量方法，具有一定的精確性，是一種預(yù)測(cè)海堤地基沉降的新方法，能夠?qū)崿F(xiàn)海堤施工階段的沉降預(yù)留，對(duì)海堤施工具有一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

［1］浙江水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.浙江省臨海市北洋涂圍墾工程初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.2006.

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［4］吳雄偉，基于指數(shù)曲線模型的沉降修正系數(shù)推求［J］.浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010，22（01）：29-31.

作者簡(jiǎn)介：潘明杰（1981年—），男，工程師。

收稿日期：2015-01-04

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.017

中圖分類號(hào)：TV148，TV52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0044-03