基于管理因素的堤防工程工后不均勻沉降分析

徐馮君

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 蕭山 311215）

0 引言

堤防工程能抵御沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害的侵襲。在我國沿海地區(qū)，軟土分布十分廣泛。軟土含水率高，孔隙比大，壓縮性大，抗剪強(qiáng)度低，固結(jié)時(shí)間長，且流變性顯著。由于這些特性，軟土地基上的堤防工程需進(jìn)行軟土地基處理以及沉降分析。根據(jù)堤防的特性和使用要求預(yù)測(cè)施工期和工后沉降，成為此類項(xiàng)目施工和管理的重要內(nèi)容之一。

堤防工后沉降指堤防竣工驗(yàn)收后軟土地基的固結(jié)沉降量，工后沉降過大，海堤防潮、防洪就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。軟土地基處理中要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問題就是地基變形和地基穩(wěn)定。對(duì)于深厚的軟土地基，地基的沉降計(jì)算及工后沉降控制是該類地基處理的核心問題。由于軟土的復(fù)雜性，對(duì)于軟土地基的變形或沉降計(jì)算的準(zhǔn)確性一般。目前，計(jì)算理論相對(duì)成熟，但設(shè)計(jì)和工程實(shí)際之間仍有差別。

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)原位觀測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算，充分考慮實(shí)際施工條件，對(duì)堤防工程全線的工后沉降進(jìn)行分析。

1 堤防工程工后沉降控制現(xiàn)狀

目前以理論計(jì)算為主，常見方法有：

1）采用平面應(yīng)變有限單元法對(duì)海堤位移和地基強(qiáng)度的發(fā)展變化進(jìn)行研究分析[1]。計(jì)算結(jié)果表明，在海堤地基固結(jié)過程中，隨著土體有效應(yīng)力的提高，土體抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增大，且上覆土層越厚，土體抗剪強(qiáng)度增長越大。計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料較為接近，驗(yàn)證了有限元模型及參數(shù)的合理性，對(duì)海堤地基評(píng)價(jià)有現(xiàn)實(shí)意義。

2）數(shù)學(xué)歸納法。根據(jù)施工期現(xiàn)場(chǎng)原位觀測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析堤身荷載作用下地基土體壓縮沉降變化趨勢(shì)，利用雙曲線公式和指數(shù)曲線模型推算地基土體的工后沉降量，確保軟土地基堤防的高程滿足設(shè)計(jì)要求。分析表明，指數(shù)曲線模型優(yōu)于雙曲線模型[2]。

3）在室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)測(cè)沉降的基礎(chǔ)上，采用plaxis有限元軟件對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目全過程施工進(jìn)行模擬，采用粘性土彈塑性模型對(duì)堤壩沉降變形進(jìn)行平面應(yīng)變情況的模擬,與實(shí)測(cè)結(jié)果比較接近,并能很好地模擬工后沉降,解決由經(jīng)驗(yàn)判斷產(chǎn)生的較大誤差。

4）建立基于MATLAB的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-實(shí)時(shí)跟蹤組合預(yù)測(cè)算法模型,并用原型觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行校核和檢驗(yàn),最后將該算法結(jié)果與灰色理論中的GM(1,1)模型結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)海堤工程工后沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)。

但是，上述理論計(jì)算都建立在理想條件下，結(jié)合勘察報(bào)告與原位觀測(cè)成果，針對(duì)某幾個(gè)沉降點(diǎn)和斷面進(jìn)行計(jì)算。而實(shí)際的堤防工程線路長，地基千變?nèi)f化，前期勘察難以面面俱到。特別是海堤工程，施工周期長，政策處理難度大[3-4]。在潮水的作用下，四五年前的勘察結(jié)論可能與施工期的地基存在較大的變化。建設(shè)方和施工方的管理也是制約工后沉降的重要因素。

2 幾個(gè)海堤原位觀測(cè)數(shù)據(jù)分析比較

分析浙江沿海近幾年的海堤原位觀測(cè)的沉降數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，大部分沉降點(diǎn)位的實(shí)測(cè)總沉降量與理論計(jì)算值基本吻合，但不同斷面，特別是不同標(biāo)段的沉降量差異明顯。究其原因，首先是地基條件不同，其次是不能全線同時(shí)加載。

對(duì)于建設(shè)和監(jiān)理單位，存在政策處理的干擾。部分堤線可能施工條件理想，可按設(shè)計(jì)要求按部就班、分層填筑施工，在現(xiàn)場(chǎng)原位觀測(cè)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下，輔以理論計(jì)算，工后沉降能有效預(yù)測(cè)和控制。而部分堤線由于政策處理、施工條件不理想等原因延遲開工，整個(gè)項(xiàng)目周期的中途甚至尾期才開始趕工，沉降難以控制，甚至存在地基穩(wěn)定隱患。

對(duì)于施工單位，出于施工條件、成本控制等因素的考慮，施工過程中不能完全按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求合理安排全線同時(shí)施工，各施工段填筑厚度、分層填筑控制、間歇時(shí)間控制等差異較大，全線路工后沉降難以統(tǒng)一計(jì)算和控制。軟基處理如果采取土工布、塑料排水板+碎石排水等方式，后續(xù)加載若不能及時(shí)跟進(jìn)，會(huì)造成淤積，影響排水深度和速度，進(jìn)而影響施工期沉降和工后沉降，與理論計(jì)算值也會(huì)形成差異。

由以上三個(gè)海堤工程的原位觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，同一個(gè)圍涂項(xiàng)目，完工時(shí)全線不均勻沉降現(xiàn)象明顯，最大差值達(dá)到140.4cm，排除地基條件差異等影響因素，施工不同步是主要原因。在荷載基本相同、設(shè)計(jì)高程相同的條件下，施工期沉降與工后沉降之和理論上應(yīng)趨于一致。如果不一致或差距較大，工后不均勻沉降也很明顯，個(gè)別斷面在幾年后甚至達(dá)不到設(shè)計(jì)高程，影響使用。

表1 各堤防項(xiàng)目實(shí)測(cè)沉降量統(tǒng)計(jì)表

圖1 大嵩各斷面總沉降量曲線（4年、7.9公里）

圖2 洞頭環(huán)島西片各斷面總沉降量曲線（4.5年、3.8公里）

圖3 峙南各斷面總沉降量曲線（3.5年、1.5公里）

3 工后不均勻沉降的影響

軟土地基上部在初期加載時(shí)，沉降速度快，沉降量大，如果整個(gè)項(xiàng)目做不到平行加載，則施工期的沉降量差異巨大，堤頂高程很難達(dá)到完工時(shí)統(tǒng)一的驗(yàn)收要求。即使驗(yàn)收時(shí)能夠做到高程統(tǒng)一，工后不均勻沉降也存在隱患。

施工期地基的總沉降量如果差別明顯，全線地質(zhì)條件又無顯著差異，則對(duì)整個(gè)堤防的工后沉降有很大影響。一是延誤工期，需等待施工進(jìn)度緩慢造成沉降滯后的堤段穩(wěn)定以后才能進(jìn)行路面施工和綠化等面子工程；二是帶來安全隱患，個(gè)別施工單位為了趕進(jìn)度，會(huì)超載施工，造成地基孔隙水壓力超標(biāo)，影響穩(wěn)定；三是工后沉降差異大，驗(yàn)收時(shí)全線高程統(tǒng)一達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但運(yùn)行期內(nèi)不均勻沉降嚴(yán)重，一段時(shí)間后個(gè)別斷面甚至低于設(shè)計(jì)要求，達(dá)不到防潮要求。

綜上所述，軟土地基上堤防工程的工后沉降，不僅受到理論計(jì)算方法的制約，在某些情況下，工程施工管理還是主要影響因素。如果不均勻、不同步加載現(xiàn)象嚴(yán)重，驗(yàn)收后一段時(shí)間內(nèi)全線路會(huì)出現(xiàn)較大的不均勻沉降，既影響堤防的穩(wěn)定、防汛防潮等規(guī)范要求，行車舒適度和美觀性也達(dá)不到要求。

4 結(jié)語

對(duì)于軟土地基上的堤防工程，施工期和工后沉降，目前的理論計(jì)算與實(shí)測(cè)值總量基本接近，但時(shí)間節(jié)點(diǎn)很難統(tǒng)一。原位觀測(cè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、業(yè)主等各參建單位應(yīng)把握全局，結(jié)合實(shí)測(cè)原位數(shù)據(jù)，理論計(jì)算實(shí)時(shí)修正，指導(dǎo)和督促各施工單位統(tǒng)籌安排，最大限度保證施工的一致性，確保在合理的工期范圍內(nèi)做到同時(shí)沉降，同時(shí)驗(yàn)收。確保堤防在相當(dāng)一段時(shí)間的運(yùn)營期內(nèi)，工后沉降達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求，減少不均勻沉降，提高堤防的穩(wěn)定性、使用安全性和美觀性。