福建省沿海軟基海堤滑弧式沉降原因及內(nèi)外坡修復(fù)

葉澤標(biāo)，葉萍，陳德春

(福建省羅源縣水利局，350600，羅源)

福建省沿海軟基海堤滑弧式沉降原因及內(nèi)外坡修復(fù)

葉澤標(biāo)，葉萍，陳德春

(福建省羅源縣水利局，350600，羅源)

海堤；軟基；測斜管；斜率；滑弧式沉降

福建省圍海工程建設(shè)條件較差，海堤施工難度大，海堤地基土多為深厚淤泥層，其含水量大、抗剪強(qiáng)度低、承載力小。沿海潮汐多屬正規(guī)半日潮，因閩東沿海地處福建凸出部，潮差年均5～6 m，落潮潮差最大達(dá)8 m多。在同一潮汐過程中，漲潮歷時(shí)比退潮歷時(shí)長，且因落潮潮差比漲潮潮差大，造成海堤斷面外壓載尺度比內(nèi)壓載大。為確保筑堤安全與穩(wěn)定，在海堤施工期間必須進(jìn)行安全檢測，充分掌握地基土指標(biāo)的固結(jié)變化，控制好填筑厚度與進(jìn)度。

一、滑弧式沉降現(xiàn)象

由于海堤建在軟弱地基之上，在施工期和使用期內(nèi)會出現(xiàn)縱向斷面或橫向斷面兩側(cè)受力不均勻產(chǎn)生力矩而導(dǎo)致的滑弧沉降，這種滑弧沉降一般為緩慢進(jìn)行，使海堤斷面的外坡坡度逐漸變緩，內(nèi)坡變形逐漸變得陡峭，但尚未導(dǎo)致斷面的整體失穩(wěn)。

1.施工中海堤橫向斷面明顯的滑弧式沉降現(xiàn)象

某大型圍墾海堤施工過程中，在其斷面上表層中心點(diǎn)安裝測斜管P，以監(jiān)測斷面兩邊的不均勻沉降。剛施工的海堤斷面如圖1虛線斷面所示，經(jīng)過一段時(shí)間，斷面與地基產(chǎn)生沿圓弧面的滑動，滑弧沉降至實(shí)線斷面所示，虛線斷面上的測斜管P沉降斜變至P1位置。在對于沉降海堤進(jìn)行斷面修整后，圖1實(shí)線斷面修正為圖2虛線斷面。經(jīng)過又一階段的沉降之后，測斜管P1斜變到P2位置?；〕两怠拚倩〕两怠傩拚?，這種表明海堤橫斷面整體沿圓弧出現(xiàn)滑動與平衡的過程，是軟基筑堤必然現(xiàn)象與必經(jīng)之路。我們根據(jù)移測量和沉降測量就可以知道斷面的滑弧沉降量大小。在使用期內(nèi)，滑弧沉降還會緩慢地進(jìn)行。

2.施工中海堤縱向斷面明顯的滑弧式沉降現(xiàn)象

某海堤地基土淤泥厚達(dá)20～30 m，地基處理采用拋砂、打塑料排水帶、鋪設(shè)加筋土工布等措施。施工方案為沿堤根端向海分層堆載進(jìn)占。為保證該堤的施工安全，在進(jìn)占堤頭端布設(shè)測斜管（如圖3所示），以控制施工速率。施工過程中測斜管若發(fā)生向陸側(cè)堤根端的傾斜，表明縱向斷面受到滑動力矩作用，已產(chǎn)生沿圓弧面的滑動沉降。若檢測到測斜管斜率變化過大則說明施工速率過高，必須控制施工速率或者暫停施工，以避免堤身失穩(wěn)。

圖1 橫斷面測斜管初次斜變現(xiàn)象

圖2 橫斷面測斜管再次斜變現(xiàn)象

圖3 測斜管沿縱向的斜變現(xiàn)象

二、滑弧式沉降原因探析

閩東海堤斷面常采用復(fù)式，迎潮面設(shè)消浪平臺，其上下坡皆為1∶3.0斜坡，坡腳處設(shè)一定寬度和厚度的拋石鎮(zhèn)壓層。外坡護(hù)面結(jié)構(gòu)根據(jù)波浪與潮位條件，經(jīng)采用規(guī)范相關(guān)公式計(jì)算，選擇人工塊體或丁砌條石結(jié)構(gòu)。堤頂設(shè)擋浪墻，中、大型圍墾防浪墻頂標(biāo)高一般是8.0 m高程（黃海基面、下同），20世紀(jì)90年代下半期，福建省海堤都采用“三面包”護(hù)面，即堤外坡、內(nèi)坡及堤頂皆用條石或塊石護(hù)砌，堤身內(nèi)側(cè)采用當(dāng)?shù)睾Ｍ磕嗷蛏酵吝M(jìn)行防滲閉氣。結(jié)合交通，在內(nèi)坡近坡腳處設(shè)一交通平臺等。

1.軟基上海堤因受外力作用，內(nèi)外坡變形不一樣

在初步設(shè)計(jì)時(shí)一般是先初擬一個海堤斷面，如圖4所示，然后對海堤斷面內(nèi)外坡分別進(jìn)行穩(wěn)定分析，以確定內(nèi)外坡壓載尺寸。

海堤建造在軟基上，擋潮抗浪保護(hù)堤后圍區(qū)。1天24小時(shí)中海堤會面臨2次海水漲潮的漲侵，當(dāng)海水處于高平潮時(shí)，海堤土體尤其是山土將充分吸滿海水，處于飽和狀態(tài)，增大滑弧線以上土體的容重。退潮過程中，這些吸飽水的土體能增加滑動力矩。

所以海堤在外潮漲落作用下，海堤內(nèi)外坡就易產(chǎn)生滑弧。因退潮潮差大，外坡受外潮影響大，滑弧時(shí)海堤斷面往往產(chǎn)生深層滑弧，海堤斷面外坡土體就易切入地基土層中，致使外壓載邊上的基土鼓起。此時(shí)內(nèi)坡土體則傾向堤內(nèi)，使內(nèi)坡變陡。相對而言，內(nèi)坡受漲潮影響小，變形也小，因此外坡變形比內(nèi)坡大，內(nèi)壓載尺寸比外壓載也大。

2.內(nèi)外坡不同變形的外力分析

圖4 海堤斷面滑弧面現(xiàn)象

圖5 退潮時(shí)內(nèi)外水位差

圖6 漲潮時(shí)內(nèi)外水位差

圖7 堤后檔土墻與護(hù)坡

圖8 斷面內(nèi)側(cè)延伸修復(fù)

當(dāng)海堤建到一定高度后，海堤的內(nèi)外坡水位就形成水位差，這水位差即在海堤斷面內(nèi)產(chǎn)生浸潤線，如圖5所示。經(jīng)歷漲潮之后又馬上退潮，這樣因退潮歷時(shí)短，退潮浸潤線坡度變大，使得海堤土體內(nèi)滑動力矩增大，海堤斷面的滑弧量也隨之增大，易產(chǎn)生斷面沿滑弧面與局部地基一起滑弧的外坡滑動，所以退潮時(shí)外坡滑弧現(xiàn)象明顯。

對于內(nèi)坡滑弧，因海水漲潮時(shí)堤斷面內(nèi)坡水位也隨之上漲。漲潮時(shí)因歷時(shí)長，形成的內(nèi)外水位差不大，堤斷面內(nèi)浸潤線坡度不大，海堤土體內(nèi)產(chǎn)生滑動力矩也不大，所以漲潮時(shí)內(nèi)坡滑弧現(xiàn)象不明顯，如圖6示。

從圖5和圖6退、漲潮時(shí)海堤斷面內(nèi)浸潤線坡度分析可知，外坡滑弧量比內(nèi)坡滑弧量來得大，所以海堤斷面的外壓載尺度必須比內(nèi)壓載厚重。

三、圍墾海堤內(nèi)外坡修復(fù)措施

1.大、中型圍墾工程海堤內(nèi)坡變形修復(fù)

以福建省羅源縣松山圍墾為例。松山圍墾位于羅源灣頂部，圍墾面積3.46萬畝（1畝=1/15 hm2），是一項(xiàng)綜合利用灘涂資源的中型圍墾，其海堤堤線長2.49 km，堤頂高程7.0 m，擋浪墻頂高程8.0 m，堤頂寬3.0 m，最大堤高23.3 m。海堤地基為海相沉積淤泥，厚度13.5～34.0 m，大部分堤段地基是淤泥或淤泥質(zhì)土，厚度都超過25 m，松山圍墾海堤內(nèi)坡堤后設(shè)一交通公路為省道。2005年，發(fā)現(xiàn)因海堤外坡的滑弧式沉降造成內(nèi)坡變陡，為了保持海堤內(nèi)邊坡處的排水溝、道路等地標(biāo)建筑及牽涉到內(nèi)壓載處理等方面的斷面位置不變，其內(nèi)坡的下半段應(yīng)整修為直立式擋土墻，擋土墻高度基本上相近于內(nèi)坡沉降的高度。經(jīng)過近10年的沉降和多次整修，內(nèi)邊坡下半段為漿砌條石直立式擋土墻，擋土墻高度相近于內(nèi)坡沉降的高度1.7 m，其上半段整修成原設(shè)計(jì)斜坡面段，為砌石護(hù)坡（如圖7所示），變形的海堤內(nèi)坡達(dá)到了修復(fù)效果。

2.小型圍海海堤內(nèi)坡修整

小型圍海海堤每年都得進(jìn)行加高培厚和整修。對變陡的內(nèi)坡則按原設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行放坡處理，再加高培厚修整，以致海堤斷面內(nèi)坡腳逐步往塘內(nèi)延伸，于是減少了塘內(nèi)面積。如圖8所示，對于小型圍海海堤而言，海堤斷面經(jīng)多次的滑弧沉降并經(jīng)整修之后，海堤的內(nèi)坡腳不斷往塘內(nèi)延伸，墾區(qū)面積會逐漸減少。

3.大、中型圍墾工程海堤外坡變形修復(fù)

對于中、大型圍墾工程海堤外坡，因滑弧沉降，坡度變形得很平緩，修整時(shí)則要按原設(shè)計(jì)坡度要求，進(jìn)行填補(bǔ)整形等形象修復(fù)即可。

4.大、中型圍堤堤頂防浪墻傾斜修整

因海堤內(nèi)坡滑弧，對防浪墻的影響比外坡滑弧對防浪墻影響大，使得防浪墻向外側(cè)傾斜。如羅源松山圍墾工程和白水圍墾工程的堤頂防浪墻，雖然內(nèi)坡緩慢滑弧，使得防浪墻只是緩慢向外傾斜，但經(jīng)5～6年時(shí)間防浪墻向外海傾斜依然明顯（如圖9所示），此時(shí)防浪墻必須按原設(shè)計(jì)拆除整修。

圖9 緩慢的內(nèi)坡滑弧致防浪墻向外海緩慢傾斜

四、結(jié)語

在軟基上建造的海堤，海堤斷面不論是否趨于穩(wěn)定，地基土體均會隨時(shí)間產(chǎn)生排水固結(jié)而沉降，其不均勻沉降方式都要經(jīng)歷滑弧式沉降過程，差別是沉降量大小不同。本文闡述了軟基海堤第三類沉降——滑弧式沉降的現(xiàn)象，探討其原因及其修復(fù)方法，主要結(jié)論為：

①對于所有小型圍海養(yǎng)殖，其海堤在潮水和重力作用下，海堤經(jīng)歷滑弧沉降后因建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，海堤幾乎每1～2年都得修整，修整時(shí)把陡峭的內(nèi)坡放坡成原設(shè)計(jì)坡度，每次斷面修整內(nèi)邊坡腳就不斷往塘內(nèi)移伸，減少了塘內(nèi)面積。所以小型圍墾（蝦塘）在經(jīng)歷運(yùn)行和修整后，其塘內(nèi)面積將逐年減小。

②對于大、中型圍墾的海堤內(nèi)坡因要考慮排水溝、公路等地標(biāo)建筑，對于海堤的內(nèi)坡修整，其下半段應(yīng)整修為直立式擋土墻，擋土墻高度基本上相近于內(nèi)坡沉降高度，擋土墻以上宜保修為原設(shè)計(jì)斜坡面砌石護(hù)坡段。

③大中型圍墾防浪墻因內(nèi)坡滑弧，使其向外海緩慢傾斜，每5～6年時(shí)間須修整1次?！?/p>

TV871責(zé)任編輯B

1000-1123（2017）18-0030-02

2016-09-23

2017-04-05

葉澤標(biāo)，高級工程師，從事水工建筑設(shè)計(jì)與施工。

責(zé)任編輯 董明銳