淤泥堤基上粉細(xì)砂排水墊層特性研究

王路軍，李 銳，盧永金

（上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061）

1 前 言

排水固結(jié)法是軟基處理常用方法，其排水系統(tǒng)由豎向排水體和水平排水體構(gòu)成。水平排水體種類很多，最常用的是砂（礫、碎石）墊層。在工程應(yīng)用中，如墊層厚度、墊層滲透系數(shù)等相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)高度依賴經(jīng)驗(yàn)，建筑規(guī)范[1]規(guī)定砂墊層宜用中粗砂，厚度不應(yīng)小于0.5 m，滲透系數(shù)宜大于1×10-2cm/s，地基處理手冊(cè)[2]要求排水墊層采用級(jí)配良好的中粗砂，不宜采用粉細(xì)砂，滲透系數(shù)不低于2×10-2cm/s，墊層厚度一般為30～50 cm。以往對(duì)豎向排水體的研究較多，而對(duì)水平排水體研究很少，利用10-3cm/s量級(jí)滲透性的粉細(xì)砂充填土工管袋（以下簡(jiǎn)稱“充砂管袋排水墊層”）作為排水體的研究幾近空白。

上海的圍墾工程業(yè)已走向低（深）灘，墊層鋪設(shè)必然受到潮水沖刷影響，施工難度大，加上中粗砂等資源緊缺且價(jià)格昂貴，市場(chǎng)上多為粉細(xì)砂且以粉砂為主。上海地區(qū)充砂管袋筑堤技術(shù)相當(dāng)成熟，已應(yīng)用發(fā)展二十多年，土工管袋有保土防沖刷作用，如突破常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，采用粉細(xì)砂充填管袋形成排水墊層，則可有效解決墊層水中鋪設(shè)及材料緊缺問(wèn)題，地基處理費(fèi)用有可能大幅降低，但又產(chǎn)生了一個(gè)新問(wèn)題，滲透性能差的粉細(xì)砂材料對(duì)地基固結(jié)的存在影響，粉細(xì)砂的滲透系數(shù)以及厚度的取用問(wèn)題必須解決。本研究針對(duì)粉細(xì)砂管袋排水墊層問(wèn)題，結(jié)合上海某已建圍墾工程實(shí)例以及原位觀測(cè)成果，利用有限元進(jìn)行模擬分析，對(duì)充砂管袋墊層滲透性能對(duì)海堤地基固結(jié)影響進(jìn)行了研究，探討了充砂管袋墊層滲透系數(shù)、厚度以及堤身透水性對(duì)地基固結(jié)的影響，并提出了墊層的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，從而為充砂管袋作為排水墊層提供理論支持，指導(dǎo)類似工程設(shè)計(jì)與施工。

2 工程介紹

上海臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)蘆潮港西側(cè)灘涂圈圍工程地處杭州灣北岸，圍堤順堤長(zhǎng)3.5 km，圈圍造地約 3 km2。工程等別為Ⅰ等工程，圈圍大堤為一級(jí)堤防，200年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。工程采用了分階段實(shí)施成陸步驟，拋石壩促淤已于 2005年汛前結(jié)束，促淤期為一年，2006年汛后開(kāi)工建設(shè)圍墾大堤。由于南匯嘴整體淤漲趨勢(shì)，拋石壩促淤效果顯著，僅一年時(shí)間，促淤壩后灘地全面淤高數(shù)米，促淤形成了新的①2淤泥層，不利于新建大堤的整體穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用了粉細(xì)砂管袋排水墊層結(jié)合塑料排水帶的地基處理方法。2007年汛前大堤基本完工，工程實(shí)踐證明，只要合理控制墊層設(shè)計(jì)參數(shù)，由較低滲透性的粉細(xì)砂填充的充砂管袋排水墊層也能使超孔壓快速有效地消散，滿足地基土的排水固結(jié)需求。

2.1 工程地質(zhì)

地質(zhì)勘探顯示，通過(guò)為期一年促淤形成的①2層淤泥質(zhì)土層平均淤積厚度達(dá)3.50 m，加上原天然灘地上部厚薄不均的①3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土層，二期圍堤地基上部淤泥總厚度最大達(dá)到12 m。尤其是表層①2層淤泥質(zhì)土，含水率高，壓縮性大，十字板強(qiáng)度值小于5 kPa，承載力極低，必須進(jìn)行地基處理。主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)Table1 Physico-mechanical properties of foundation soils

2.2 地基處理

按照水力充填堤壩的安全度汛要求，堤壩必須在次年汛前將土方加載到頂，所以加載速率較快，淤泥地基必須進(jìn)行有效處理才能確保圍堤施工安全。經(jīng)過(guò)多方案比選，設(shè)計(jì)采用排水固結(jié)與加筋聯(lián)合法進(jìn)行軟基處理，利用排水固結(jié)和加筋聯(lián)合來(lái)提高地基承載力和圍堤穩(wěn)定性。

新淤積的淤泥含水率很高，排水固結(jié)過(guò)程中出水量很大，故采用排水通量大的C型塑料排水帶，正方形布置，間距為1.2 m，插入深度最深13 m，原則上是進(jìn)入下臥的②3砂質(zhì)粉土層。為彌補(bǔ)快速加載條件下地基強(qiáng)度增長(zhǎng)不足，在堤身底層加鋪 1層土工格柵。中粗砂墊層材料緊缺且造價(jià)昂貴，因此結(jié)合水力充填堤壩自身的填筑，設(shè)計(jì)采用粉細(xì)砂充填形成的通長(zhǎng)土工管袋作為圍堤排水墊層，即降低造價(jià)，方便施工。由于粉細(xì)砂滲透系數(shù)較低，設(shè)計(jì)通過(guò)增加墊層厚度來(lái)彌補(bǔ)滲透系數(shù)降低帶來(lái)的負(fù)面影響，最終采用 2層 1 m厚的充砂管袋作為圍堤的排水墊層，同時(shí)規(guī)定吹填材料的粒徑要求，要求大于 0.075 m的砂粒含量不小于 70%，見(jiàn)圖2。施工過(guò)程中檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，充填用粉細(xì)砂粒徑基本能滿足設(shè)計(jì)要求，略偏小，實(shí)測(cè)最小滲透系數(shù)為1.47×10-3cm/s。

圖1 水平排水墊層及排水帶Fig.1 Horizontal drainage mat and PVDs

圖2 實(shí)測(cè)充砂管袋細(xì)砂粒徑分布范圍Fig.2 Measured grain-size distribution range

2.3 原位觀測(cè)

原位觀測(cè)對(duì)淤泥地基上圍堤加載安全十分重要，施工過(guò)程中必須根據(jù)原位監(jiān)測(cè)成果來(lái)嚴(yán)格控制土方加載速率，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍堤安全狀況。為確保施工期圍堤穩(wěn)定，合理控制加載速率。本次將3.5 km長(zhǎng)的順堤劃分為10個(gè)監(jiān)測(cè)段，并針對(duì)堤基淤泥最厚的兩處（K3+780和K6+360）進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)以K3+780主監(jiān)測(cè)斷面詳細(xì)說(shuō)明，典型地質(zhì)情況及原位觀測(cè)設(shè)備布置詳見(jiàn)圖 3。為保證圍堤施工安全，分別在A～F處埋設(shè)了測(cè)斜管、分層沉降環(huán)、孔隙水壓力計(jì)等設(shè)備，設(shè)置了十字板預(yù)留孔，分別對(duì)水平位移、垂直沉降、孔隙水壓力和十字板強(qiáng)度變化情況進(jìn)行觀測(cè)，其中每孔埋設(shè)9個(gè)孔壓計(jì)，-6 m高程以上每2 m埋設(shè)1個(gè)，-6 m高程以下每3 m埋設(shè)1個(gè)。為監(jiān)控圍堤加載對(duì)外側(cè)拋石促淤壩的影響，在促淤壩頂部設(shè)置1個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。

圖3 K3+780原位觀測(cè)斷面及地質(zhì)剖面圖（單位：m）Fig.3 Prototype observation section and geologic section (unit: m)

3 充砂管袋墊層排水特性分析

工程設(shè)計(jì)中通常忽略堤身的透水性，認(rèn)為堤身不透水，假定地基中的水僅僅通過(guò)墊層排出，因此墊層的滲透性及厚度自然對(duì)地基固結(jié)存在影響。實(shí)際上大多數(shù)堤身是透水的，它對(duì)墊層中超孔隙水壓力消散存在一定的影響，本研究針對(duì)充砂管袋排水墊層問(wèn)題，結(jié)合圍堤原位孔壓觀測(cè)成果，借助于非線性有限元方法，研究墊層的滲透性、厚度以及堤身的滲透性等主要影響因素對(duì)地基排水固結(jié)的影響。

3.1 有限元分析

研究中采用平面有限元軟件 Plaxis 2D進(jìn)行數(shù)值分析，模型采用15節(jié)點(diǎn)的三角形單元，土體采用適用于軟土地區(qū)的硬化塑性模型（Hardening-Soil模型），它可以模擬包括軟土（剪縮）和硬土（剪脹）在內(nèi)的不同類型的土體行為，堤身及墊層的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表 2。以本工程為例，圍堤堤身及墊層的填筑材料均為粉細(xì)砂，控制粒徑要求相同，認(rèn)為堤身滲透性與墊層的滲透性相當(dāng)。

豎向排水體在平面有限元中必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，可將豎向排水體等效為砂墻[3]或者排水體處理區(qū)域土體轉(zhuǎn)換為等效土層[4]，本研究關(guān)注地基土中孔壓發(fā)展過(guò)程，采用等效砂墻方法進(jìn)行處理。圍堤加載曲線如圖4所示，計(jì)算得到外平臺(tái)及堤身軸線下方不同位置的孔壓發(fā)展消散過(guò)程分別見(jiàn)圖 5，有限元分析結(jié)果較好地反映了實(shí)際情況。

表2 堤身材料計(jì)算參數(shù)Table2 Calculating parameter of dike materials

圖4 圍堤加載歷時(shí)曲線Fig.4 Actual loading schedule of dike

圖5 點(diǎn)實(shí)測(cè)與計(jì)算的孔壓歷時(shí)曲線Fig.5 Measured and calculated pore pressure duration curves

3.2 墊層滲透系數(shù)對(duì)固結(jié)的影響

為研究墊層滲透系數(shù)k對(duì)地基固結(jié)的影響，保持墊層厚度T不變（2 m），將k值分別設(shè)為理想狀態(tài)、1×10-2、3.8×10-3、1×10-3cm/s 和 5×10-4cm/s進(jìn)行有限元分析，其中，理想狀態(tài)是指墊層滲透系數(shù)足夠大，確保墊層中超孔隙水壓力幾乎為 0。同時(shí)，為避免堤身滲透性對(duì)固結(jié)的影響，分析時(shí)將堤身改為不透水，地基中的水僅僅通過(guò)墊層排出。有限元得到的堤身軸線下排水板處理區(qū)超孔壓最大值位于-1 m高程處，而原位觀測(cè)中-1 m高程處未設(shè)孔壓計(jì)，實(shí)測(cè)-2 m高程處孔壓最大。本研究選取堤身軸線下-2 m高程處為關(guān)注點(diǎn)，以理想狀態(tài)下孔壓峰值為基準(zhǔn)，反映墊層不同滲透系數(shù)對(duì)地基固結(jié)排水的影響。根據(jù)有效應(yīng)力原理，墊層中孔壓會(huì)直接導(dǎo)致堤底有效應(yīng)力減小，也會(huì)因墊層與地基土之間水頭差減小而導(dǎo)致地基固結(jié)速率降低，因此，墊層中孔壓不宜過(guò)大。公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[5]認(rèn)為土工織物墊層中孔壓不宜超過(guò)堤身荷載的5%～10%，本研究以墊層中孔壓峰值不超過(guò)堤身荷載的 5%為界限，作為對(duì)固結(jié)影響的判斷依據(jù)，即當(dāng)墊層滲透系數(shù)不小于某下限值時(shí)，墊層中點(diǎn)孔壓峰值不會(huì)超過(guò)實(shí)際堤身荷載的 5%，此時(shí)認(rèn)為該影響因素變化對(duì)地基固結(jié)影響不明顯。圖6表明，排水墊層的滲透性能對(duì)排水板處理區(qū)的超孔壓消散有較大程度的影響。墊層滲透系數(shù)降低，地基固結(jié)速率也隨之降低。當(dāng)墊層滲透系數(shù)不小于3.8×10-3cm/s時(shí)，此時(shí)墊層中部最大超孔壓僅為5.10 kPa，與堤身荷載值的比值為4.60%（小于5%），可以認(rèn)為對(duì)固結(jié)影響不明顯。

圖6 不同滲透系數(shù)下測(cè)點(diǎn)孔壓歷時(shí)曲線Fig.6 Pore pressure duration curves of gauging point with different permeability coefficient of cushion

3.3 墊層厚度對(duì)固結(jié)的影響

為研究墊層厚度T對(duì)地基固結(jié)的影響，假定堤身不透水，選取不同滲透系數(shù)值下不同的T值，分析墊層厚度變化對(duì)地基固結(jié)排水的影響以及不同厚度墊層的滲透系數(shù)下限值。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，墊層厚度一般在2 m以內(nèi)，故T分別選取2.0、0.9、0.5 m進(jìn)行分析。圖7表明，滲透系數(shù)相同情況下，墊層厚度變小，會(huì)導(dǎo)致地基土超孔壓上升，固結(jié)速率隨之降低。因此，必須將墊層滲透系數(shù)增大，才能彌補(bǔ)厚度變小對(duì)固結(jié)的不利影響。這也意味著，厚度變小，對(duì)應(yīng)的滲透系數(shù)下限值將會(huì)變大。同樣選取堤身軸線下-2 m高程處為關(guān)注點(diǎn)，以理想狀態(tài) 下孔壓峰值為基準(zhǔn)，分析不同厚度墊層的滲透系 數(shù)下限值。通過(guò)有限元分析得出，0.9 m厚墊層的滲透系數(shù)下限值為9.0×10-3cm/s，對(duì)應(yīng)墊層中部最大超孔壓計(jì)算值為5.15 kPa（孔壓與堤身荷載值之比為 4.65%）；0.5 m 厚墊層的滲透系數(shù)下限值為1.9×10-2cm/s，對(duì)應(yīng)墊層中部最大超孔壓計(jì)算值為5.22 kPa（孔壓與堤身荷載值之比為4.71%）?？梢?jiàn)墊層厚度越小，地基固結(jié)對(duì)墊層滲透性要求越高，計(jì)算得到的滲透系數(shù)下限值也就越大。

圖7 不同厚度下測(cè)點(diǎn)孔壓歷時(shí)曲線Fig.7 Pore pressure duration curves of gauging point with different thickness of cushion

3.4 墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的提出

導(dǎo)水系數(shù)δ可以直接衡量巖土體的滲透性能大小，它表示水力坡度等于1時(shí)，通過(guò)整個(gè)含水層厚度T上的單寬流量，導(dǎo)水系數(shù)δ等于厚度T與滲透系數(shù)k的乘積[6]，可以直接反映墊層導(dǎo)水性能好壞。如保持墊層導(dǎo)水能力不變，則當(dāng)墊層厚度變小時(shí)，需增大墊層的滲透系數(shù)。導(dǎo)水系數(shù)：

表3列出不同厚度墊層的滲透系數(shù)下限值的分析成果。由表可知，不同厚度的墊層對(duì)應(yīng)的導(dǎo)水系數(shù)下限值十分接近，介于0.7～0.9 cm2/s之間，厚度大的墊層排水效率略高，導(dǎo)水系數(shù)值相應(yīng)也略小。文獻(xiàn)[2]分別給出了墊層厚度和滲透系數(shù)要求，兩者相乘得到的導(dǎo)水系數(shù)δ也在0.8～1.0 cm2/s之間，與本研究的結(jié)果十分接近。因此，將導(dǎo)水系數(shù)下限值δmin作為墊層的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，可以綜合考慮厚度與滲透系數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)具體情況確定墊層厚度 T和滲透系數(shù) k，保證兩者乘積不小于δmin。當(dāng)選用滲透性低的材料，墊層厚度需適當(dāng)加厚。

表3 不同厚度墊層的滲透系數(shù)下限值（堤身不透水）Table3 Lower limit of permeability coefficient of cushion with different thickness

3.5 堤身透水對(duì)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的影響

表3中有限元分析結(jié)果是在假定堤身不透水的基礎(chǔ)上得出的，然而大多數(shù)堤身是透水的，它有利于地基土的固結(jié)排水，匯集到墊層中的水可以部分通過(guò)堤身排出，而不是僅僅從墊層中排出。以本工程為例，圍堤堤身及墊層的填筑材料控制粒徑要求相同，可以認(rèn)為堤身滲透系數(shù)k1與墊層的滲透系數(shù)k相同。為研究堤身透水性對(duì)墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin的影響，本研究采用不同的堤身滲透系數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析，同時(shí)采用堤身滲透系數(shù)與墊層滲透系數(shù)的比值 k1/k（下稱為堤身相對(duì)透水性）來(lái)表示堤身材料的相對(duì)透水性。為利于排水，排水墊層的滲透系數(shù)一般大于堤身的滲透系數(shù)，也就是說(shuō)，k1/k≤1。因此，k1/k分別設(shè)為1、0.1、0.01和0.0001進(jìn)行堤身透水性對(duì)δmin的影響分析。

本工程實(shí)例的墊層長(zhǎng)度B = 56 m，分析結(jié)果見(jiàn)圖8曲線2。堤身透水性增大，墊層控制指標(biāo)δmin相應(yīng)地降低，說(shuō)明堤身透水有利于墊層中超孔壓的消散，部分充當(dāng)了墊層的角色。堤身相對(duì)透水性k1/k與墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin之間很好地符合邏輯增長(zhǎng)關(guān)系曲線：

由圖8可見(jiàn)，當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)比墊層的小1000倍以上時(shí)（k1/k≤0.001），可以認(rèn)為堤身不透水，不會(huì)對(duì)墊層中超孔壓消散產(chǎn)生影響，墊層的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin需達(dá)到0.9 cm2/s，才不會(huì)對(duì)墊層排水造成影響；當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)比墊層的小100倍時(shí)（k1/k =0.01），墊層的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin降低了 1/2，墊層中的超孔壓部分通過(guò)堤身消散；當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)與墊層的差異在5倍以內(nèi)時(shí)（k1/k≥0.2），墊層的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin大幅降低為原先的 1/15，說(shuō)明墊層中的超孔壓大部分通過(guò)堤身消散，堤身自身起了排水墊層的作用，排水效率大幅提高。這解釋了本工程突破常規(guī)經(jīng)驗(yàn)而采用滲透性較低的粉細(xì)砂作為排水墊層材料的合理性。如果不考慮堤身透水性，本工程墊層實(shí)測(cè)最小滲透系數(shù)為1.47×10-3cm/s，相應(yīng)的導(dǎo)水系數(shù)僅為0.3 cm2/s，不能滿足相應(yīng)的導(dǎo)水系數(shù)下限值δmin（0.9 cm2/s）的要求，但實(shí)際上堤身是透水的，堤身與墊層填筑材料相同（k1/k = 1），相應(yīng)的導(dǎo)水系數(shù)只需達(dá)到0.07 cm2/s（δmin）即可滿足排水需求。

3.6 墊層長(zhǎng)度對(duì)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的影響

前述結(jié)論都是在墊層尺寸不變的基礎(chǔ)上分析得出的，而實(shí)際上墊層長(zhǎng)度對(duì)地基固結(jié)排水也是存在影響的。墊層越長(zhǎng)，排水路徑越長(zhǎng)，對(duì)固結(jié)排水越不利。為研究墊層長(zhǎng)度對(duì)墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的影響，本研究在保持其他條件不變的前提下，對(duì)不同的墊層長(zhǎng)度進(jìn)行分析。模擬分析時(shí)采用坡比 1∶3的單坡，改變堤頂寬度，相應(yīng)的墊層長(zhǎng)度B為65、50 m和 45 m。模擬得到的最大沉降速率均接近30 mm/d，分析成果如圖8所示。在不同墊層長(zhǎng)度條件下，堤身相對(duì)透水性與墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin之間均滿足邏輯增長(zhǎng)關(guān)系曲線，并在雙對(duì)數(shù)圖上保持很好的平行關(guān)系。因此，將不同的堤身相對(duì)透水性條件下的δmin與墊層長(zhǎng)度B繪制成雙對(duì)數(shù)圖（見(jiàn)圖9），δmin與 B之間滿足線性關(guān)系，通過(guò)換算可以得到δmin與 B2.0097成正比，這與文獻(xiàn)[7]推導(dǎo)出等厚砂墊層的厚度和滲透系數(shù)的乘積值δ與 B2成正比的結(jié)論 相接近。利用正交試驗(yàn)，結(jié)合圖 8、9可以得出關(guān)系式：

圖8 堤身相對(duì)透水性對(duì)δmin的影響Fig.8 Relationship curves of relative permeability of dike versus δmin

圖9 墊層長(zhǎng)度B對(duì)δmin的影響Fig.9 Relationship curves of cushion length versus δmin

4 墊層設(shè)計(jì)公式的提出及簡(jiǎn)化

式（3）給出了墊層導(dǎo)水性的最低要求，實(shí)際工程應(yīng)用中要求墊層導(dǎo)水性不能小于δmin，因此墊層設(shè)計(jì)公式可表達(dá)為

給定墊層厚度T、墊層滲透系數(shù)k、墊層長(zhǎng)度B以及堤身滲透系數(shù)k1中任意三者，即可求出另一變量。在工程實(shí)際應(yīng)用中可先取定k、k1及B，然后求出墊層最小厚度。

地基處理規(guī)范[1]及建筑手冊(cè)[2]給出關(guān)于墊層厚度及滲透系數(shù)的要求存在應(yīng)用前提條件，即假定堤身不透水、最大沉降速率不大于30 mm/d且墊層長(zhǎng)度B不大于60 m，它是式（4）的一種特例。當(dāng)需要考慮堤身透水性以及采用粉細(xì)砂等較低滲透性材料施工墊層時(shí)，規(guī)范經(jīng)驗(yàn)不適用，而本研究提出的設(shè)計(jì)公式可以解決這一問(wèn)題。

為簡(jiǎn)化應(yīng)用，邏輯增長(zhǎng)曲線可以簡(jiǎn)化為如圖 9所示虛折線，同時(shí)出于工程安全需求，考慮堤身透水的有利影響時(shí)需留有安全余量（Fs取2.0），相應(yīng)的墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo)δmin可做如下簡(jiǎn)化處理：

當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)比墊層的小 100倍以上時(shí)（k1/k≤0.01），近似認(rèn)為堤身不透水，墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo) δmin=2.88×10-4B2；當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)與墊層的差異在5倍以內(nèi)時(shí)（k1/k≥0.2），需考慮堤身透水性，墊層設(shè)計(jì)控制指標(biāo) δmin=4.78×10-5B2；當(dāng)k1/k介于0.01～0.20之間時(shí)，。實(shí)際上，當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)比墊層的小100倍以上時(shí)近似認(rèn)為堤身不透水以及兩者差異小于 5倍時(shí)視為一層，也是符合滲流計(jì)算相關(guān)土層簡(jiǎn)化工程經(jīng)驗(yàn)[8－10]的。

5 結(jié) 論

（1）只要合理控制排水墊層的導(dǎo)水性，用粉細(xì)砂鋪設(shè)的排水墊層也能滿足地基的排水固結(jié)需求。利用粉細(xì)砂充填土工管袋形成海堤的排水墊層，既可利用土工管袋的保土性，有效防止海水沖刷墊層，又可大幅降低墊層造價(jià)，方便施工。

（2）導(dǎo)水系數(shù)δ直接衡量巖土體的滲透性能大小，可以作為墊層設(shè)計(jì)指標(biāo)，在其他條件不變的前提下，確保墊層導(dǎo)水系數(shù)大于某一下限值δmin時(shí)，即可以滿足地基固結(jié)排水需求。墊層材料滲透系數(shù)降低時(shí)，通過(guò)相應(yīng)增加墊層的厚度來(lái)滿足墊層排水需求，為粉細(xì)砂取代中粗砂作為墊層施工材料提供技術(shù)支持。

（3）δmin與堤身相對(duì)透水性之間符合邏輯增長(zhǎng)關(guān)系曲線，近似與墊層長(zhǎng)度B的平方成正比。墊層可按式（4）設(shè)計(jì)。給定墊層厚度T、墊層滲透系數(shù)k、墊層長(zhǎng)度B以及堤身滲透系數(shù)k1中任意三者，即可求出另一設(shè)計(jì)變量。

（4）一般規(guī)范要求軟基上圍堤沉降速率控制在30 mm/d以內(nèi)，本工程最大沉降速率實(shí)測(cè)最大值29 mm/d[7]。由于工程設(shè)計(jì)過(guò)程中軟基沉降速率計(jì)算值往往比實(shí)測(cè)值小，而實(shí)際施工加載控制往往也是按照沉降速率上限值進(jìn)行控制，出于安全考慮，本研究將公式建立在最大沉降速率控制上限（30 mm/d）基礎(chǔ)上，不考慮最大沉降速率變小引起對(duì)墊層透水性需求的降低。

（5）Plaxis程序所采用的滲流原理建立在達(dá)西定律基礎(chǔ)上，墊層中的水力比降很小，而較低的水力比降下，某些黏性土偏離達(dá)西定律[10－11]，顯然不宜采用黏性土作為墊層材料。

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