吹砂填筑海堤沉降监测与分析

摘 要：根据钱塘江北岸海塘长山标准堤填筑过程中地基沉降实测数据，分析了堤身吹填土荷载作用下地基土体压缩沉降变化趋势，以及堤身吹填砂土本身的压缩沉降量；利用双曲线公式推算了本试验段地基土体的工后沉降量，并指出基底实测数据推算堤防工后沉降量需考虑堤身吹填砂土的压缩沉降，确保软土地基堤防的设防高程满足设计要求。

关键词：钱塘江北岸海塘； 标准堤； 双曲线公式； 工后沉降量； 设防高程

中图分类号：TU433 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）01-174-002

1.引言

钱塘江海塘是钱塘江河口地区防洪御潮的重要屏障，历代朝政都动用大量人力财力固堤御潮。随着钱塘江两岸经济的飞速发展和人民生活水平的提高、钱塘江河口地区水位抬高[1]以及嘉兴地区大面积开采地下水导致地表沉降等综合因素，对海堤的填筑水平和防洪御潮能力提出了更高要求。软土地基上新建海堤往往因工后沉降大，使得设防高程不足影响防洪安全而进行二次加高，造成工程投资让费[2]。

前人通过原位观测[3-4]、简化模型有限元数值计算[5]、灰色模糊理论[2]以及其他计算程序拟合法[6]等手段对海滨相沉积软基施工期沉降和工后沉降进行了研究分析：指出地基总沉降主要取决于土体超孔隙水压力消散速率以及土体渗透系数大小等因素；有限元数值计算需进行边界条件简化，难以全面考虑土体结构特征，计算结果往往和实测数据之间存在较大差异；基于现场实测数据的双曲线等拟合法预测工后沉降一般精准度较高。

2.工程概况

海盐县长山段标准海塘位于钱塘江北岸长山～葫芦山之间，西接西连黄沙坞围堤，东接葫芦山至长山海塘，本工程实施后，该段海塘设防标准达到百年一遇，与其他北岸海塘一起形成钱塘江北岸防御洪潮侵袭的封闭线。

本段海塘采用复合斜坡式土堤结构，海塘加固长641m。考虑场区附近滩涂砂源丰富，直接采用吹填海沙填筑海堤方案，堤脚防冲防渗主要依靠U型预应力板桩。

场区内受填筑荷载影响的土层主要有：1-1粉质粘土，1-2砂质粉土，1-3粉土夹粉质粘土和2-1粉质粘土夹粉土。具体物理力学指标见表1。

3.监测结果分析

3.1地基沉降监测结果

本段堤防吹砂填筑施工于2012年12月初开始，从图2可以看出：滩涂表层浮泥含水量高，孔隙比大，在填筑荷载作用下地基压缩沉降量较大，最大日沉降量达20mm，加载间歇期，沉降速率减小，沉降曲线变缓。截至到2013年11月初，3个试验断面地基沉降累计沉降量和当前沉降速率详见表2。累计沉降量最大值为745.6mm，最小值为436.4mm，分别发生于0+200和0+600断面，与各断面累计加载高度不一致有关。填筑荷载量以及施工进度存在差异，因此各断面当前沉降速率变化幅度较大，最大值为0.61mm/d，最小值为0.12mm/d。

3.2堤身吹填砂压缩沉降分析

最后一次吹砂填筑施工结束，于吹填砂表层对应桩号埋设沉降观测点，和基底沉降板进行同步观测，主要反映堤身吹填砂土的压缩沉降量。根据截至到2013年11月9日的观测数据，不同埋设位置测点的累计沉降量统计详见表3。

从表3可以看出：最后一次吹砂填筑施工结束至2013年11月初，基底和堤顶测点的差异沉降量在11.9mm～34.5mm之间，此差异沉降即为堤身吹填砂的压缩沉降。

3.3地基工后沉降推算

当加载施工完成，沉降速率趋于收敛之后，利用实测沉降数据反算地基固结系数或推算最终沉降量的方法较多，常用的有双曲线法、沉降速率法、三点法，除此之外，还有日常用的星野法和浅岗松尾法。这些方法经试用均有优缺点，关键是应用时需凭一定的经验和技巧。本次利用双曲线预测后续沉降计算公式如下。

双曲线法是假定平均沉降速率以双曲线形式减小的经验推导法。从填土开始到任意时间t的沉降量St可用下式求得：

从图3可以看出：0+200、0+450和0+600断面的工后推算沉降量分别为54.3mm、172.6mm和159.3mm。根据实测数据反算双曲线公式中的a和B参数时，所取观测数据的时间间隔需尽量相等且足够长。

4.结论

（1）滩涂地基上新建堤防时，填筑初期地基日沉降量往往较大，一般会超过沉降控制指标，但地基不一定产生滑移破坏。滩涂面高程不一致使得堤防各断面填筑加载量存在一定差异，即地基土体压缩沉降量变化幅度较大。

（2）利用吹填砂土进行堤身填筑，砂土本身的压缩沉降量容易被忽视，基底实测沉降数据推算堤防工后沉降时需加上堤身填土压缩沉降，确保足够预留高度，防止软土地基因工后沉降大导致堤防设防高程不足。利用双曲线公式推算工后沉降，反算公式参数时，所选取观测数据的时间间隔需尽量相等且足够长。

参考文献：

[1]吴雅峰，俞先伟.海堤地基土变形和强度分析[J]中国农村水利水电，2007，7：110-112.

[2]郑重，陈福军.GM（1，1）在软基海堤沉降预测中的应用[J]浙江水利科技，2009，5：53-54.

[3]王林尧，陈惠忠，陈吉森.原位监测在黄沙坞治江围涂工程中的应用与分析[J]技术交流，2009，1：29-32.

[4]姜民，边学成，等.海堤荷载下海积软土沉降的现场测试和数值分析[J]岩石力学与工程学报，2010，29（5）：1060-1067

[5]ZHU G F，YIN J H，GERHAM J.consolidation modeling of soils under the test embankment at Chek Lap International Airport in Hong Kong using a simplified finite element method[J]CanadianGeotechnicalJournal，2001，38（2）：349-363

[6]俞炯奇，梁国钱.地基沉降双曲线拟合的Bayes 估计[J]水力水电，2008，30（2）