塑料排水板在堤基工后沉降量中的應(yīng)用

韓志衛(wèi)

（福建興禹建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司，福建泉州362000）

1 工程概況

羅源灣開發(fā)區(qū)松山片區(qū)大、小獲片防洪排澇工程作為項(xiàng)目區(qū)填海工程的配套工程，工程治理范圍為羅源灣松山片區(qū)大、小獲片區(qū)（包括臺(tái)商投資區(qū)A片區(qū)、B片區(qū)）。本工程項(xiàng)目區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)20年一遇。工程新建堤防總長15619m，其中大獲溪新建防洪堤11374m，小獲溪新建防洪堤4245m；新建3座水閘，2座泵站，1座排澇箱涵。

本文主要針對(duì)工程中新建堤防淤泥堤基段采用塑料排水板進(jìn)行基礎(chǔ)處理的成果進(jìn)行分析。

2 堤基地質(zhì)狀況

工程區(qū)位于羅源縣松山鎮(zhèn)，地貌上屬丘陵、海灣灘涂與濱海地貌單元連接地帶。根據(jù)鉆孔揭露，場地巖土體類型自上而下劃分為：

（1）淤泥質(zhì)填土①-1厚度0.30～4.00m，素填土（填筑土）①-2厚度0.80～2.60m。

（2）黏土②層厚度0.40-2.50m。

（3）礫卵石③厚度2.70～9.90m。

（4） 淤泥④厚度0.80～34.80m，礫砂④-1厚度0.70～4.00m。

（5）粉質(zhì)黏土⑤厚度0.40～13.20m，中砂⑤-1厚度0.80～3.20m。

（6）礫卵石⑥厚度7.3～24.0m。

（7）殘積砂質(zhì)黏性土⑦厚度4.20m。

（8）全風(fēng)化花崗巖⑧厚度2.60～10.10m。

（9）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑨最大揭露厚度8.70m。

本文主要研究下游深厚淤泥段，在小獲溪XH0+650m起中下游段及大獲溪DH1+000m起中下游段堤線堤基淺層分布有較厚的淤泥層，分布厚度10～30m，最大達(dá)34.60m，工程性能差，承載力低，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性大，需固結(jié)時(shí)間長，在堤身加荷較快時(shí)，堤基變形量大，易產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。

較厚的飽和軟弱土層，長期浸水時(shí)，不利于軟土產(chǎn)生較快的排水固結(jié)以提高其抗剪強(qiáng)度。該土層與建筑物基底的摩擦系數(shù)較低，在巨大水平力推動(dòng)下，尤其是堤岸后側(cè)高填方造地地帶，沿著軟弱夾層面較易發(fā)生堤岸擋墻的表層或深層滑動(dòng)。

本次采用地基處理或?qū)Φ潭螄?yán)格控制加荷速率，逐級(jí)加荷，并加強(qiáng)沉降觀測。

3 堤防斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目初設(shè)報(bào)告，大獲溪樁號(hào)dhx0+700~6+915段及小獲溪樁號(hào)dhx0+500~2+500段，斷面采用復(fù)式斜坡斷面，迎水面坡度采用1∶2.5，在4.5m以下格賓石籠護(hù)面，4.5m以上換填50cm厚種植土，三維土工網(wǎng)墊，草皮護(hù)坡。堤頂寬6m，并設(shè)置防浪墻，堤頂采用透水磚鋪設(shè)，背邊坡≥1∶2開挖或夯填與地面相接，如圖1。

圖1 堤防斷面設(shè)計(jì)

4 塑料排水板基礎(chǔ)處理

根據(jù)工程需要及建設(shè)工期的進(jìn)度安排 （總工期36個(gè)月），要求堤防在建設(shè)過程中及完建后滿足穩(wěn)定要求，完工后沉降控制在50cm內(nèi)。

4.1 基礎(chǔ)處理方案

4.1.1 軟弱土層

根據(jù)堤防斷面及堤基地質(zhì)情況，針對(duì)地基中存在的軟弱土層，采用堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、換填墊層（拋石擠淤）或復(fù)合地基（水泥土攪拌樁）等處理地基。

4.1.2 深厚軟土層

對(duì)于深厚的軟土地基采用排水固結(jié)法進(jìn)行加固，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考慮，塑料排水板方法經(jīng)濟(jì)、有效、可行，較為適合本工程的地基處理，

4.1.3 堤防

主要是對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加速固結(jié)，提高抗滑指標(biāo)，基礎(chǔ)處理采用砂墊層+塑料排水板方案，即打設(shè)塑料排水板堆載預(yù)壓加固軟土地基。

本工程下游段堤防地基沿線均為深層淤泥，深度5～34m，工程堤防的基礎(chǔ)采用打設(shè)塑料排水板處理+迎水坡拋石壓蓋結(jié)合處理，達(dá)到堤防的沉降控制、護(hù)岸整體抗滑穩(wěn)定。塑料排水板采用梅花形布設(shè)布設(shè)，樁距1.2m，排距1.2m，排水板處理橫向范圍為堤防前后坡腳外側(cè)各延伸5m，排水板打設(shè)要求嚴(yán)格參照J(rèn)TS206-1—2009 《水運(yùn)工程塑料排水板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，本次排水板打設(shè)按照地勘實(shí)測淤泥深度進(jìn)行分段。

4.2 堤防沉降計(jì)算

大獲溪（樁號(hào)dhx0+700）和小獲溪（樁號(hào)xhx0+500）以下堤基采用堆載預(yù)壓處理，同時(shí)打設(shè)塑料排水板，加速排水時(shí)間及基礎(chǔ)淤泥的固結(jié)。此過程將產(chǎn)生較大的沉降量，分別對(duì)堤基采用塑料排水板處理和不進(jìn)行處理堤基進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算參考GB50286—2013 《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、JTS206—2019 《水運(yùn)工程塑料排水板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、DB33/T904—2013《公路軟土地基路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》等。

4.2.1 計(jì)算參數(shù)

本次地基淤泥指標(biāo)，重度15.0kN/m3，直剪c=9.4kPa，φ=1.9°，直剪快剪cq=9kPa，φq=7.7°，固結(jié)不排水剪ccu=11kPa，φcu=13.8°，如表1，表2。

表1 淤泥④固結(jié)試驗(yàn)指標(biāo)

表2 淤泥④壓縮試驗(yàn)指標(biāo)

4.2.2 斷面及計(jì)算條件

（1）根據(jù)初設(shè)報(bào)告設(shè)計(jì)的斷面型式及設(shè)計(jì)控制高程，大、小獲溪取4個(gè)堤高的典型斷面進(jìn)行計(jì)算，分別為5，6，7，8m（實(shí)際堤高是變化的，所以具體施工時(shí)根據(jù)具體設(shè)計(jì)高程進(jìn)行微調(diào)控制加荷）。本文主要選取8m堤高對(duì)應(yīng)堤基34m深淤泥的典型斷面進(jìn)行計(jì)算，其他斷面原理相同。

（2）根據(jù)相關(guān)軟基施工及地勘報(bào)告成果，在淤泥上需要先進(jìn)行基礎(chǔ)處理再進(jìn)行堤防施工，同時(shí)上部堤身嚴(yán)格控制加荷速率，逐級(jí)加荷，并加強(qiáng)沉降、深層位移監(jiān)測。

項(xiàng)目擬定施工安排如下：堤高8m，分5次加荷。堤身加荷時(shí)間安排：

（1）第1次加荷至結(jié)束時(shí)間，即第1～4月份，堤身加荷土層厚度2m。

（2）沉降1月后，第2次加荷至結(jié)束時(shí)間，即第6～8月份，堤身加荷土層厚度1.5m。

（3）沉降1月后，第3次加荷至結(jié)束時(shí)間，即第10～12月份，堤身加荷土層厚度1.5m。

（4）沉降1月后，第4次加荷至結(jié)束時(shí)間，即第14～16月份，堤身加荷土層厚度1.5m。

（5）沉降1月后，第5次加荷至結(jié)束時(shí)間，即第18～20月份，堤身加荷土層厚度1.5m，加載結(jié)束。具體施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測情況對(duì)施工時(shí)間進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

本次計(jì)算總時(shí)間按照50a計(jì)算，即計(jì)算50a內(nèi)的沉降量。其中施工期按照加荷20個(gè)月周期計(jì)算，超出20個(gè)月后為工后沉降量。

4.2.3 計(jì)算方法及軟件

計(jì)算方法采用參考規(guī)范中的分層總和法 （淤泥壓縮指標(biāo)采用壓縮模量）及相關(guān)固結(jié)度的計(jì)算方法。計(jì)算軟件采用理正的《理正巖土計(jì)算5.5版》中復(fù)雜軟土地基堤壩設(shè)計(jì)計(jì)算程序執(zhí)行。

根據(jù)GB50286—2013 《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，堤身和堤基的最終沉降量，按下列公式計(jì)算：

式中 S為最終沉降量 （mm）；m為修正系數(shù)，可取1.0，對(duì)于軟土堤基，本次采用1.5；n為壓縮層范圍的土層數(shù)；e1i為第i土層在平均自重應(yīng)力作用下的孔隙比； e2i為第i土層在平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力共同作用下的孔隙比； hi為第i土層的厚度（mm）。

4.2.4 計(jì)算成果

防洪堤沉降量計(jì)算成果，如表3及圖2～3。

表3 防洪堤沉降量計(jì)算成果

圖2 設(shè)塑料排水板堤防

圖3 不處理基礎(chǔ)堤防

從圖2，圖3看出，采用塑料排水板處理地基，控制加荷速率等措施后，堤身沉降在施工期基本完成，沉降3.295m，竣工后堤身殘余沉降（0.129m）很小；沒有進(jìn)行塑料排水板處理時(shí)，施工期沉降量僅0.497m，工后殘余沉降量為2.004m，沉降量太大，對(duì)工程后期的運(yùn)行非常不利，同時(shí)施工期增加的堤高不合常規(guī)。

上述成果為理論計(jì)算值，實(shí)際施工時(shí)，需要加強(qiáng)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行推算，固結(jié)指標(biāo)等，確定沉降量及相關(guān)參數(shù)，并適當(dāng)合理調(diào)整施工安排。

5 結(jié)語

羅源灣開發(fā)區(qū)松山片區(qū)大、小獲片防洪排澇工程采用塑料排水板進(jìn)行堤基處理，可加快堤基的固結(jié)，減短沉降時(shí)間，同時(shí)提高了堤基的抗剪參數(shù)、承載力等強(qiáng)度指標(biāo)，增強(qiáng)了堤身的穩(wěn)定指標(biāo)。