徐艷萍，林芳華，裘文旭

(浙江水專工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，浙江杭州 310051)

1 工程概況

嘉興市海鹽東段圍涂工程圍墾工程位于錢塘江河口北岸灘涂上，主堤堤身采用土石混合結(jié)構(gòu)，即堤身填筑工程由塊石混合料拋石壩與閉氣土方組成;堤基處理采用塑料排水板(深度為18～24 m)排水固結(jié)方式;堤身總高度(建基面至擋浪墻頂高程)達(dá)到9～11 m.本工程海堤總長(zhǎng)5 076 m，工程施工總工期為2 a，預(yù)留沉降考慮的年限為工程建成后20 a.

2 沉降理論分析

軟土地基的總沉降量S∞主要包括:瞬時(shí)沉降Sd、主固結(jié)沉降 Sc、次固結(jié)沉降 Ss，即 S∞=Sd+Sc+Ss.[1－2］其中:Sd—瞬時(shí)沉降，是指工作荷載實(shí)施后瞬間發(fā)生的沉降量，它是由剪切變形引起的沉降.

Sc—主固結(jié)沉降，是指在主固結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的沉降量，它是伴隨著排水固結(jié)而發(fā)生的沉降.

Ss—次固結(jié)沉降，是土石骨架在持續(xù)荷載下發(fā)生蠕變所引起的沉降.

在理論計(jì)算過(guò)程中，瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降較難通過(guò)理論計(jì)算，根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》SL435－2008[3］中推薦，總沉降量按分層總和法計(jì)算，即通過(guò)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:

根據(jù)規(guī)范推薦，瞬時(shí)沉降一般為主固結(jié)沉降的20%～40%，次固結(jié)沉降一般為主固結(jié)沉降的5%～10%[2］.本工程考慮錢塘江河口軟基較沿海情況好得多，瞬時(shí)沉降系數(shù)選取小值20%;同時(shí)，考慮到整個(gè)海堤填筑進(jìn)度較快(主荷載在1年內(nèi)完成，一般沿海海堤為3～4 a)，次固結(jié)沉降系數(shù)選取大值10%.最終，確定采用綜合修正系數(shù)為1.3.

在借鑒嘉興市海鹽東段圍涂一期工程原位觀測(cè)實(shí)際沉降曲線前提下，考慮到二期工程實(shí)際地質(zhì)情況，共選取了10個(gè)典型斷面進(jìn)行了分析計(jì)算，堤身最大沉降量為1 442～1 929 mm.提出自完工驗(yàn)收之日(2011年1月)起20年內(nèi)海堤預(yù)留沉降量為350～550 mm，即設(shè)計(jì)工后預(yù)留沉降量.

3 沉降原位觀測(cè)

3.1 沉降觀測(cè)布置

海鹽東段圍涂二期工程考慮到沿線5 km范圍內(nèi)地質(zhì)情況變化較大，分別在K1+600和K4+600處各布置一個(gè)原型觀測(cè)斷面.原型觀測(cè)斷面布置的項(xiàng)目主要包括基底及地基分層沉降觀測(cè)、側(cè)向變形觀測(cè)、地基孔隙水壓力觀測(cè)、地基十字板強(qiáng)度測(cè)試和圍堤浸潤(rùn)線觀測(cè)[5］.同時(shí)，沿海堤每200 m布置一個(gè)沉降觀測(cè)斷面，主要就是基底沉降觀測(cè)[6］.本次主要對(duì)兩個(gè)原觀斷面和沿線觀測(cè)斷面的基底原位觀測(cè)成果來(lái)分析整個(gè)海堤沉降情況.

K1+600/S9、K4+600/S24兩個(gè)原位觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置6個(gè)基底沉降觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，普通沉降觀測(cè)斷面每個(gè)斷面布置3個(gè)基底沉降觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，具體布置見圖1.

圖1 各沉降板埋設(shè)位置

3.2 加載階段劃分

本工程地基為深厚淤泥及淤泥質(zhì)粘土軟弱地基，堤身填筑遵循“薄層輪加”原則，嚴(yán)格控制加載速率，并保證必要的間歇時(shí)間.主要分為五級(jí)，第一層是排水碎石墊層，厚度在800 mm(由于作業(yè)條件所限，在第一層加載時(shí)尚未埋設(shè)沉降觀測(cè)設(shè)施);第二層為塊石混合料層(高程在▽3.0 m以下)厚度在2.4 ～2.9 m;第三層為▽ 3.0 ～5.4 m 塊石混合料和閉氣土方，層厚度在2.4 m左右;第四層為▽5.4～7.1 m 閉氣土方層，厚為 1.7 m;第五層為▽7.1 ～8.3 m 堤頂路基塘渣，層厚為1.8 m.

3.3 沉降原位觀測(cè)成果

(1)根據(jù)2011年2月觀測(cè)成果，二期工程27個(gè)斷面的最大沉降值為656～1 255 mm，詳見后表《海鹽東段圍涂二期工程工后沉降雙曲線擬合計(jì)算表》.

(2)K4+600沉降原型觀測(cè)斷面基底沉降和加載曲線見圖2.

4 沉降觀測(cè)成果分析

(1)由于埋設(shè)條件所限，沉降觀測(cè)設(shè)施是在排水碎石墊層鋪設(shè)完成后才埋置.因此，排水碎石墊層加載時(shí)的瞬時(shí)沉降和短時(shí)期固結(jié)沉降量，也就無(wú)法反映在實(shí)測(cè)累計(jì)沉降值數(shù)據(jù)中.

(2)在第一級(jí)荷載(指▽3.0 m以下)加載期間，海堤最大沉降速率為70 mm/d，平均沉降速率為0.4 ～26 mm/d.在二級(jí)(指▽7.1 m 以下)荷載加載期間，海堤最大沉降速率為37 mm/d，平均沉降速率為0.5～2 mm/d.最大沉降速率雖超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30 mm/d，但持續(xù)時(shí)間較短，并且未出現(xiàn)滑坡等失穩(wěn)情況.

圖2 K4+600沉降原型觀測(cè)斷面基底沉降和加載曲線

(3)根據(jù)2011－02－20觀測(cè)結(jié)果，對(duì)2個(gè)原觀斷面和25個(gè)普通斷面的最大沉降值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，施工期間累計(jì)最大沉降量為656～1 255 mm.如果加上瞬時(shí)沉降量20%，均在原初步設(shè)計(jì)堤身沉降計(jì)算值內(nèi).

(4)2010－05，海堤進(jìn)入直立擋墻墻身施工階段，根據(jù)前期沉降觀測(cè)成果，采用雙曲線法推算得2010－05－12施工期間的堤頂預(yù)留沉降值為61～241 mm，2012年1月以后20 a的沉降量約為205～764 mm.經(jīng)四方商議，結(jié)合一期工程實(shí)測(cè)沉降曲線情況下，考慮到當(dāng)時(shí)沉降曲線尚未完全收斂，同時(shí)也考慮到施工后期尚有少量圬工結(jié)構(gòu)的荷載影響，對(duì)工后預(yù)留沉降值的推算值進(jìn)行修正，修正系數(shù)經(jīng)綜合考慮確定為0.66，即修正后各斷面最大的工后沉降量為136～511 mm.綜合考慮經(jīng)濟(jì)和安全，設(shè)計(jì)工后預(yù)留沉降值仍按照初步設(shè)計(jì)確定的值來(lái)執(zhí)行，即按照350～550 mm.另外，對(duì)于施工期預(yù)留沉降，由于剩余施工期已經(jīng)很短，直接采用理論推算值(選取大值)來(lái)分段預(yù)留.

(5)根據(jù)2010－11—2011－02月期間四次觀測(cè)成果，對(duì)照原推算成果，修正系數(shù)基本在0.42～0.58之間，說(shuō)明2010年5月份確定的修正系數(shù)0.66是比較合理的.另外，根據(jù)2010－06－12期間實(shí)測(cè)沉降量，均未超過(guò)施工期預(yù)留沉降量.

(6)根據(jù)2010－11－12沉降值采用雙曲線擬合推算2011年2月沉降值，對(duì)照2010－08(加載基本結(jié)束)與2011－02實(shí)測(cè)沉降量差，兩者平均誤差比率為11.5%.據(jù)此，采用2011年1月以后的沉降數(shù)據(jù)來(lái)擬合推算工后沉降量誤差比率將小于11.5%.為此，按照初設(shè)工后預(yù)留沉降值作為實(shí)際預(yù)留工后沉降量完全能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

5 預(yù)留沉降淺析

5.1 預(yù)留沉降劃分

海堤預(yù)留沉降量一般包括施工期預(yù)留沉降量和完工后設(shè)計(jì)工后預(yù)留沉降量?jī)刹糠?

兩部分預(yù)留沉降量劃分，根據(jù)起算時(shí)間點(diǎn)不同，一般有兩種理解.第一種是海堤圬工結(jié)構(gòu)成型時(shí)所預(yù)留的沉降量;第二種是設(shè)計(jì)明確的或者是經(jīng)合同雙方約定的某一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的預(yù)留沉降量.海鹽東段二期工程是按照第二種方法來(lái)確定，即設(shè)計(jì)明確為2011－01－01，要求在2011－01－01對(duì)斷面進(jìn)行測(cè)量時(shí)要求實(shí)際高程不低于(設(shè)計(jì)標(biāo)高+工后預(yù)留超高).

5.2 預(yù)留沉降量確定

(1)工后預(yù)留沉降確定

預(yù)留沉降主要以設(shè)計(jì)確定的值為參考，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)和原位觀測(cè)沉降曲線來(lái)分析確定的.

海鹽二期圍涂工程根據(jù)實(shí)測(cè)沉降曲線，采用雙曲線擬合推算預(yù)留工后沉降量，具體如下:根據(jù)2011年2月份觀測(cè)結(jié)果，推算20年后沉降量，采用雙曲線法進(jìn)行擬合，即.式中有兩個(gè)未知數(shù)，即 S和a.在實(shí)測(cè)沉降量 ～ 時(shí)間曲線尾部，取St1、t1、和St2、t2代入上式，可聯(lián)列方程式求解得S和a.

海鹽二期圍涂27個(gè)沉降觀測(cè)斷面的最大沉降值一般為Sn－3(普通斷面)或Sn－4(原觀斷面)，以2010－12和2011－02實(shí)測(cè)沉降值，采用雙曲線法進(jìn)行擬合推算得出整個(gè)海堤各個(gè)斷面的最大沉降量為717～1 543 mm，見表1.如果加上瞬時(shí)沉降量20%，換算后的海堤最大沉降量應(yīng)為853～1 852 mm.與初步設(shè)計(jì)理論計(jì)算最大沉降量1 442～1 929 mm，上限基本吻合，下限差別較大，分析主要是由于地質(zhì)勘探密度偏大，而在實(shí)際施工中碰到承載力較好的透鏡體地質(zhì)層影響.

表1 海鹽東段圍涂二期工程工后沉降雙曲線擬合計(jì)算表

(2)施工期預(yù)留沉降確定

施工期預(yù)留沉降原則上由施工單位自行確定，報(bào)監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計(jì)審核確定.施工期預(yù)留沉降的推算方法按照雙曲線擬合推算方法也是可行的，在主荷載已經(jīng)加載完成的情況下，應(yīng)該說(shuō)是具有足夠的安全裕度的.但是，此時(shí)因?yàn)樯杏兄骱奢d未全部加載，還應(yīng)考慮主荷載加載對(duì)沉降曲線變陡的影響.

(3)預(yù)留沉降確定要注意事項(xiàng)

結(jié)合海鹽圍涂二期工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，海堤建設(shè)過(guò)程中特別要注重以下幾點(diǎn):

①海堤堤基勘探工作要加強(qiáng)，基礎(chǔ)處理要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施到位.

②海堤堤身加載要均衡上升，減少施工期間預(yù)留的缺口段，避免缺口段的集中加載導(dǎo)致堤身的不均勻沉降甚至失穩(wěn).

③與排澇閘等水工建筑物的連接，應(yīng)采取妥善過(guò)渡措施，以減少整個(gè)海堤的不均勻沉降，保證整個(gè)海堤完工后沉降基本均勻，每個(gè)斷面的沉降曲線基本一致，盡量減少不均勻沉降，避免堤身圬工結(jié)構(gòu)因不均勻沉降而產(chǎn)生起伏、開裂，甚至破壞.

④海堤預(yù)留沉降要合理，以理論計(jì)算為指導(dǎo)，沉降觀測(cè)為依據(jù)，結(jié)合常用方法推算工后預(yù)留沉降，確保海堤標(biāo)高能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并兼顧經(jīng)濟(jì)性.

⑤工后預(yù)留沉降，應(yīng)由設(shè)計(jì)明確一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，明確施工期預(yù)留沉降和工后預(yù)留沉降的劃分時(shí)間節(jié)點(diǎn).

⑥加強(qiáng)完工(竣工)后的運(yùn)行管理工作，尤其是沉降觀測(cè)工作必須要連續(xù)，為1∶1實(shí)地模型提供完整數(shù)據(jù)，為理論分析提供依據(jù)，為后期建設(shè)打下基礎(chǔ).

6 結(jié)語(yǔ)

浙江省圍涂工程起步較早，尤其是近10年來(lái)眾多的圍涂工程的興建，為理論分析圍涂工程的預(yù)留沉降提供了大量的數(shù)據(jù)樣本.隨著2008年《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》SL534－2008的出臺(tái)，為圍涂工程的海堤工程預(yù)留沉降分析確定了規(guī)范的分析計(jì)算方法.但是，由于圍涂工程復(fù)雜性，必須理論聯(lián)系實(shí)際，在海堤等結(jié)構(gòu)成型前應(yīng)不斷地以實(shí)測(cè)成果來(lái)修正理論分析，將多種因素包括安全因素、經(jīng)濟(jì)因素、堤基處理方式因素、加載順序和加載節(jié)點(diǎn)因素、堤身結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使沉降預(yù)留的確定更具安全性、經(jīng)濟(jì)性與合理性.

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