栗 佳

(遼寧省清河水庫管理局有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 述

某海堤屬于圍墾項目，始建于2004年。原工程級別為3級，防潮標準50a一遇。后來墾區(qū)海堤防護對象調(diào)整為特大型規(guī)模工業(yè)園區(qū)，根據(jù)《海堤工程設計規(guī)范》規(guī)定，防潮標準調(diào)整為200a一遇，工程級別調(diào)整為1級。

為保證海堤臨海側(cè)邊坡結(jié)構穩(wěn)定，在海堤臨海側(cè)現(xiàn)狀拋石上增加拋石進行壓載，并對臨海側(cè)拋石進行沉降計算，提供施工預留超高。

2 計算采用的基本資料

2.1 堤基和堤身物理力學指標

根據(jù)地質(zhì)勘察，對海堤橫斷面的堤基分別分區(qū)為臨海側(cè)拋石下淤泥、堤后路外側(cè)淤泥、堤身下淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、臨海側(cè)及背海側(cè)現(xiàn)狀淤泥。斷面分區(qū)見示意圖1，筑堤材料參數(shù)見表1、堤基土參數(shù)見表2。

表1 筑堤材料物理力學指標表

2.2 依據(jù)規(guī)范及計算軟件

海堤依據(jù)《海堤工程設計規(guī)范》(GB/T51015—2014)進行沉降計算。計算采用《理正巖土工程分析軟件》(6.5PB2版)進行計算。

3 沉降計算

3.1 沉降計算

3.1.1 沉降公式

沉降計算方法選擇經(jīng)驗系數(shù)法，主固結(jié)沉降用壓縮模量Es計算的分層總和法計算。

地基的總沉降S按經(jīng)驗系數(shù)法計算，計算公式如下：

S=m×Sc

(1)

(2)

式中：S為地基總沉降，m；Sc為主固結(jié)沉降，m；m為沉降系數(shù)，與地基條件、荷載強度、加荷速率等因素有關，其范圍值為1.3-1.6。根據(jù)工程地質(zhì)勘察，并結(jié)合目前工程實際施工的現(xiàn)場沉降情況，臨海側(cè)拋石取1.5；Esi為壓縮模量，kPa；ΔPi為地基中各分層中點的附加應力增量，kPa；Δhi為地基沉降計算中，分層時第i層的分層厚度(m)，取0.5m，在計算分層范圍內(nèi)，當遇到天然地層界限時，作為分層面。

適用以上計算公式的基本假定條件為：①基底壓力呈線性分布；②附加應力增量采用基礎中心點下的附加應力，并用彈性理論計算；③地基只發(fā)生單向沉降，地基土處于側(cè)限應力狀態(tài)；④地基土的瞬時沉降和次固結(jié)沉降通過mc經(jīng)驗系數(shù)修正體現(xiàn)。

任意時刻的堤基工后沉降量采用以下公式計算：

(3)

式中：St為任意時刻的地基沉降，m；Ut為堤基土的平均固結(jié)度。采用理正軟件提供的微分方程數(shù)值解法計算，計算原理為：

(4)

(5)

式中：u為地基中任意點的超靜孔隙水壓力，kPa；t為時間，s；Z為地基中任意點到天然地面的高度，m；k為地基土的滲透系數(shù)，m/s；e1為滲透固結(jié)前土的孔隙比；a為土的壓縮系數(shù)(1/kPa)；γw為水的重度，kN/m3，本次復核計算γw取10kN/m3；Cv為土的固結(jié)系數(shù)，m2/s。

根據(jù)差分法求解上述微分方程，其邊界條件為：

u|t=0=u0
u|Z=0=0

(6)

(7)

求解該方程，即可得出任意時刻的超靜孔隙水壓力ut，則該點土的固結(jié)度為：

(8)

式中：u0為地基中任意點初設超靜孔隙水壓力，kPa；ut為地基中任意點在任意時刻的超靜孔隙水壓力，kPa。

如果堤基采取豎向打塑料排水板處理，則采用豎向排水板處理范圍地基土的平均固結(jié)度(不考慮井阻和涂抹作用)采用以下公式計算：

(9)

式中：Ch為土的水平向排水固結(jié)系數(shù)，cm2/s；Cv為土的豎向排水固結(jié)系數(shù)，cm2/s；H為采用塑料排水板處理的土層厚度，cm；de為塑料排水板的等效影響直徑，cm；dw為塑料排水板的當量半徑，cm；地基壓縮土層為淤泥或淤泥質(zhì)黏土，計算厚度采用實際厚度，由于地勘鉆孔未穿透粉質(zhì)黏土層或殘積土層，計算厚度統(tǒng)一取30m[1]。

3.1.2 原堤基排水板布置

該海堤工程均為軟土地基堤防，為適應軟土復雜地基條件，原堤基布置1m厚砂墊層，并在一定范圍設有梅花型排水板及鋪設高強機織土工布等處理措施。

原堤基排水板布置見表1。

表1 原堤基排水板統(tǒng)計表

3.1.3 堤基各土層固結(jié)系數(shù)

考慮淤泥及淤泥質(zhì)土取樣過程擾動影響，且不同堤身部位下部基礎承受的荷載作用不同，本次復核計算時，海堤臨、背海側(cè)淤泥按尚未固結(jié)狀態(tài)取值，固結(jié)系數(shù)Cv=1.5×10-3cm2/s；堤身下部淤泥質(zhì)土按基本固結(jié)狀態(tài)取值，固結(jié)系數(shù)取Cv=5×10-4cm2/s。堤基各巖土層固結(jié)系數(shù)取值匯總見表2。

3.1.4 施工期附加荷載

海堤培厚加高加固施工基本采取汽車運輸為主，施工期機械設備附加荷載取值按汽車-20級計算，單列車隊荷載值取22.231kPa，雙列車隊荷載值取19.481kPa。

表2 堤基各巖土層土的固結(jié)系數(shù)計算取值匯總表

3.1.5 計算方法

該工程是提級加固項目，是利用原有的海堤進行加高培厚改造，包括堤身加固培厚、堤身臨水側(cè)拋石壓載、堤身背水側(cè)吹填砂培厚壓載等。原有的海堤已建成近10年，建堤初期對基礎產(chǎn)生的附加應力而引起的沉降變形已基本趨于穩(wěn)定，因此，本次復核計算主要考慮因堤防培厚加固結(jié)構對基礎產(chǎn)生的附加應力而引起的沉降變形量，不計算原海堤累計的沉降變形，分施工期和最終沉降分別計算，施工期6個月。

海堤提級加固是利用原有堤防結(jié)構進行培厚加高，因此，施工期由培厚加固結(jié)構體引起的沉降量按照加固結(jié)構體施工期內(nèi)平均分期逐級加載計算；最終沉降量以加固后的海堤斷面恒定加載變形計算。

計算施工期由培厚加固結(jié)構體引起的沉降變形量時，分別取加固前海堤斷面和加固后(完建期)海堤斷面作為目標斷面，分別計算兩種斷面在設計施工期(6個月)內(nèi)平均分期逐級加載產(chǎn)生的累計沉降量，然后將以加固后海堤斷面作為目標斷面的計算結(jié)果減去加固前海堤斷面作為目標斷面的計算結(jié)果，即得施工期由培厚加固引起的沉降量。

計算由培厚加固結(jié)構體引起的最終沉降變形量時，分別取加固前海堤斷面和加固后(沉降穩(wěn)定期)海堤斷面作為目標斷面，分別計算兩種斷面工后最終沉降量，然后將以加固后海堤斷面作為目標斷面的計算結(jié)果減去加固前海堤斷面作為目標斷面的計算結(jié)果，即得培厚加固結(jié)構體引起的最終沉降量[2]。

3.1.6 計算斷面

本次復核計算，加固前斷面采用海堤現(xiàn)場剖面，對應加固后目標斷面采用提級加固施工圖成果。

3.1.7 沉降計算成果

根據(jù)《海堤工程設計規(guī)范》(GB/T51015—2014)要求，應確定海堤各結(jié)構部位工后沉降量以進行堤身施工預留加高，海堤的工后沉降量為最終沉降量與施工過程已發(fā)生沉降量的差值。

海堤各堤段典型斷面沉降計算成果分項列入表3。

表3 各堤段典型斷面沉降計算成果表 m

4 結(jié) 語

通過計算得出的各典型斷面工后沉降，可給出海堤施工的預留超高，保證了工程結(jié)構穩(wěn)定滿足要求，工程正常運用，堤防發(fā)揮應有的防護作用。