浙江软土地区某围堤工程原型观测试验研究

陈焰明，林芳华，王 馨

(浙江水专工程建设监理有限公司，浙江杭州 310051)

浙江省位于我国东南沿海长江三角洲南翼，省内沿海地区多港湾、河口，岸线曲折.沿江和沿海地区存在着大面积未经固结的淤泥质软土层，这样大面积的软土地基容易引起海堤结构的下沉等质量问题.本工程围堤地基为深厚的淤泥或淤泥粘土，属深厚的软土地基.淤泥和淤泥粘土，含水量高，压缩性大，强度低，地基处理采用塑料排水板结合土工织物加筋法.排水固结法加固效果显著，已由很多工程实例所证明和被工程界广泛接受，但由于地基的复杂性和土性的多异性，目前尚有很多问题难以完全用理论计算的方法进行精确计算［1-2］.随着岩土工程的发展，试验研究是一种重要的方法和手段.实践证明，在软土地基上建筑堤坝的实践中，原型观测是一种直接和有效的方法和手段，对控制工程质量、验证设计、指导施工、控制工程投资，具有十分重要的作用.

1 工程概况

该项目围堤工程位于杭州湾北岸，堤轴线底为-2.0 m(平均高程)的杭州湾滩上.新建围堤全长2.634 km，为块石混合料加冲泥管袋斜坡式结构，堤顶高程为7.6 m，防浪墙顶高为8.8 m，为Ⅱ等水利工程、2级水工建筑物，防洪(潮)标准为50年一遇.软土地基采用塑料排水板排水固结法处理.排水板插打深度约在15～17 m之间，底标高-17.7 m，梅花形布置，间距1.2 m.本工程原型观测主要断面布置2个，分别位于桩号Z0+750、Z2+300.沉降观测断面11个，按间隔200 m沿线布置.

原型观测通过在堤身和地基中埋设适当齐全的观测仪器和设备，在施工过程中全程观测堤身和地基的应力应变情况，固结沉降和强度增长情况，及时对测试成果进行反馈、分析、验证和完善设计，并及时指导施工，是实行信息化施工的重要依据.

2 工程地质概况

地基土划分为4个工程地质层组，细分为17个工程地质层.堤基土主要以淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土及粉质粘土为主，各亚层间在堤身位置有一定变化，总体强度不高，性质较差～一般.

3 原位测试方案与结果分析

本工程的原位测试方案测试项目包括:沉降观测、地基侧向位移、地基孔隙水压力.现从以下几个方面进行介绍.

3.1 地表沉降观测

通过施工中地表沉降的观测可以测得地基在各级荷载下的沉降量，了解地基沉降规律，判断地基的固结、稳定情况，达到控制施工加荷速率的目的［3］.

(1)堤顶地表沉降观测

为了直观的表达出加载后测点沉降变化规律，堤顶降观测成果数据绘制成加载、沉降随时间变化曲线(见图1).

图1 S2-2加载、沉降和时间关系曲线

从以上曲线图可以明显看出，沉降主要发生在前几级荷载加载阶段，第一级荷载为碎石排水垫层，加载后地基沉降明显，主要原因为地基土表层为淤泥，强度低，易变形;第二级加载为混合料填筑，加载高度约在3 m左右，此阶段也产生较大沉降，主要原因为地基浅层强度低，基础经过插打排水板处理，排水路径畅通，加载后浅层地基土产生较大的压缩沉降.后续加载对基底沉降的影响逐步减小，主要原因为，地基土强度在前几级荷载作用下已有明显提高，而前几级荷载又起到褥垫作用，上部的附加应力得到扩散，基底沉降逐步减小.

(2)沉降量预测

在荷载作用下，地基土中的应力状态发生变化，从而引起地基变形，出现地基沉降，大量现场沉降观测资料表明，软土地基沉降变化基本经历了发生-发展-稳定-极限的过程［4］.根据围堤目前的加载状况，利用前期观测成果，根据地基加载沉降变形规律预测后续加载产生的沉降量和工后沉降量.预测计算假定条件:堤顶后续加载按一级考虑，高程按设计高程加50 cm预留超高考虑，4.0平台后续加载按一级考虑，高程按设计高程加40 cm预留超高考虑，部分堤段加载过程复杂，最后一级加载后观测数据偏少，可能会导致预测结果产生较大偏差，故预测计算仅选取部分测点，结果可供参考.堤顶测点沉降量预测曲线(见图2).

图2 0+750堤顶测点沉降预测曲线

3.2 孔隙水压力观测

通过在不同深度埋设孔隙水压力测头，了解在各级荷载作用下软基内部孔隙水压力变化和软土地基固结过程［5］.根据孔隙水压力观测结果，可以判断加载速率是否过快，反算地基固结参数，验证设计采用的参数是否合理，是控制施工进度、了解固结效果的手段之一.采用频率读数仪测读，用频率仪测定其频率的变化，换算出由荷载引起的超静孔隙水压力，分析地基固结度以及消散度，分析地基的排水固结时间和效果.

在前期施工加载过程当中，孔压随加载上升，加载间歇期，孔压逐步消散，施工加载产生的超静孔隙水压力未达到过荷载所产生应力的60%.近期观测断面未进行加载施工，孔隙水压力一处于消散状态.K0+750主观断面外海侧和内坡位置孔压变化曲线(见图3，图4).

图3 外海侧孔压变化曲线

图4 内坡孔压变化曲线

4 地基侧向位移

通过地基侧向位移观测，掌握地基在荷载作用下的侧向变形情况，结合其它有关观测资料进行综合分析，判定地基稳定性［6］.

深层土体位移主要发生在前几级加荷期间，发生位移的深度主要在浅层3～5 m.主要原因是浅层地基土强度低，地基土在水平荷载的作用下发生侧向变形，随着后续的加载，地基土强度在逐步提高，同时前级荷载又起到使上部附加应力扩散的作用，后续地基土侧向位移逐步减小.从近期的观测数据来看，外海侧测点观测数据已趋于稳定，月位移量接近于零.

5 结论

依据测数据汇总分析，得出以下结论:(1)基底沉降观测数据显示，在加载过程中，未出现沉降速率连续超标的现象，结合侧向位移和孔压消散数据分析，加载过程安全;(2)前期加载过程中，未出现地基土侧向位移超标现象，近几次观测数据显示，地基土未发生明显的侧向位移;(3)孔压观测数据显示:在前期加载过程当中，未出现孔压增量超控制指标的现象，近期各孔压计孔压呈消散状态;(4)对表层为淤泥质的地基，施工前期加载速率宜慢，防止产生不均匀沉降和沉降过大;(5)施工后期堤基沉降趋于稳定，分层加载速率可适当提高，并可根据沉降曲线预测后期沉降量.

［1］中华人民共和国水利部.SL/T 188-96堤防工程地质勘察规程［S］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［2］建设综合勘察研究设计院.GB 50021-2001岩土工程勘察规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［3］王志亮.软基路堤沉降预测和计算［D］.南京:河海大学，2004.

［4］赵明华，郑焕然，刘 煜.滨海软土路基最终沉降量预测研究［J］.广西交通科技，2003，28(5):13-15，19.

［5］任亚军.原型观测设备埋设技术及质量控制探析［J］.现代商贸工业，2011(9):266-267.

［6］李 飞，艾 冰.路堤荷载下地基土侧向位移预测及计算分析［M］.南京:河海大学出版社，2006.