流泥層厚度對主固結沉降的影響分析

方子杰,姜建芳,張超杰

(1.浙江省水利發(fā)展規(guī)劃研究中心,浙江 杭州 310012;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

海堤軟土地基總沉降量包含瞬時沉降、主固結沉降、次固結沉降,理論計算中一般僅計算海堤設計斷面荷載產(chǎn)生的主固結沉降,再乘以沉降經(jīng)驗系數(shù)作為地基總沉降量,應按式(1)計算:

Sc為主固結沉降,mS為修正系數(shù)。沉降修正系數(shù)依據(jù)相關規(guī)范規(guī)定取值[1-2],其中設計人員的工程經(jīng)驗不可低估,缺乏一個科學的、系統(tǒng)的選取依據(jù)[3-4]。海堤工程實際施工中,流泥層在海堤填筑初期階段大多被擠出,相當于海堤建基面降低了流泥層厚度,海堤填筑層增加了流泥層厚度,第一層堤基壓縮層減少了流泥層厚度。海堤建基面如以原涂面高程計算,則擠出產(chǎn)生的沉降可視為瞬時沉降,而壓縮層厚度減小以及海堤填筑料替代原有流泥層都對主固結沉降產(chǎn)生影響,可見流泥層對主固結沉降量及沉降修正系數(shù)取值均有影響,而以往設計中一般未予以考慮。本文以海堤工程A為例,對流泥層厚度對主固結沉降的影響進行分析。

2 工程A概況

海堤工程A順堤堤線長2 479.14 m,海堤采用直立式土石混合壩結構,涂面高程-1.00m,堤頂高程7.00 m,堤頂寬6.00 m,地基采用塑料排水板+土工布+鎮(zhèn)壓層的處理方法,塑料排水板間距1.30 m,深度25.00 m,斷面示意見圖1,地基土層見表1。圖1中沉降板從左向右編號為T1～T8,表2為各沉降計算點在典型斷面中的水平位置 (堤軸線處為坐標0點,向右為正,向左為負)。

圖1 海堤工程A典型斷面示意圖

表1 海堤工程A地基土層表

表2 沉降計算點位置表

3 分層總和法計算基礎

主固結沉降采用分層總和法進行計算,如式(2):

海堤工程A順堤下臥軟基計算厚度取100.00 m,計算分層厚度取1.00～2.00 m,土層e-p曲線見圖2。

圖2 海堤工程A的土層試驗e-p曲線圖

4 流泥層厚度對沉降的影響

現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定土體壓縮層厚度取附加應力等于自重應力的0.2倍止,對于軟土壓縮層厚度取附加應力等于自重應力的0.1倍止。本次分析流泥層厚度分別選用0.00,0.20,0.40及0.60m進行分層總和法計算比較。表3、表4分別為取應力比0.2、0.1時不同流泥層厚度下的計算沉降表。

表3 應力比0.2時不同流泥層厚度計算沉降表 m

由表3可知,隨著流泥層厚度的增加,各點沉降增量增大,流泥層厚度從0.00 m變化到0.60 m時,沉降增量為0.154～0.306 m,沉降增量分布規(guī)律為兩端小中間大。

表4 應力比0.1時不同流泥層厚度計算沉降表 m

由表4可知,流泥層厚度從0.00 m變化到0.60 m時,沉降增量為0.150～0.286 m。

表3、表4中沉降未考慮流泥擠出產(chǎn)生的沉降量,即表中沉降未計入擠出的流泥層厚度。如計入該流泥層擠出引起的沉降,當浮泥層厚度為0.60 m時,堤中心點沉降約增加0.90 m,則2種應力比下沉降增量分別為原沉降量的32.38%和30.24%,均大于30.00%,可見流泥層對沉降的影響非常大,設計中應慎重考慮。

5 結 語

根據(jù)以上分析,可以得到以下結論:

(1)隨著流泥層厚度的增加,表層沉降增大。本文實例中,軟基計算深度取至應力比0.1時,流泥層厚度從0.00 m變化到0.60 m時,沉降增量為0.150～0.286 m。

(2)沉降計算時如計入流泥層擠出引起的沉降,當流泥層厚度為0.60 m時,堤中心點沉降約增加0.90 m,則應力比0.2與0.1下沉降增量分別為原沉降量的32.38%和30.24%,均大于30.00%,可見流泥層對沉降的影響非常明顯。

(3)流泥層的厚度在沉降量諸多影響因素中舉足輕重,以某圍涂工程為例,拋石單價38.34元/m3,土方單價23.76元/m3,如果考慮流泥層,會使得沉降誤差達到50 cm,則每1km就相差34 134 m3拋石、23 884m3閉氣土方,造價就相差387.6萬元,該工程11.6 km長海堤將因為流泥層的存在,造價就有4 000萬元以上的差距。

(4)利用分層總和法推算理論沉降時,灘涂表面流泥層的存在對沉降計算結果影響不可忽視,設計時應充分考慮浮泥層的影響效應。

[1]中華人民共和國水利部.SL 438—2008海堤工程設計規(guī)范 [S].北京:中國水利水電出版社,2008.

[2]中華人民共和國水利部.SL 389—2008灘涂治理工程技術規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2008.

[3]王永和,李珍玉,胡萍,等.地基沉降修正系數(shù)的 Bayes概率推斷 [J].巖土力學,2009,30(2):323-327.

[4]趙海燕,蔣華忠.關于路基沉降修正系數(shù)的計算方法探討[J].公路,2011(6):5-8.