小獅子口海堤的滑動原因與經(jīng)驗教訓(xùn)

小獅子口海堤的滑動原因與經(jīng)驗教訓(xùn)

摘要本文對小獅子口圍墾海堤情況作簡要介紹，著重分析了海堤滑動原因，得出的經(jīng)驗教訓(xùn)是：要求建設(shè)、設(shè)計、施工等單位，對軟土地基筑堤的特性和規(guī)律有一個共識，認識和掌握堤基強度隨著加荷逐漸變化的規(guī)律，是軟土地基上筑堤的關(guān)鍵，在建設(shè)過程中要配合默契，做到精心設(shè)計、精心施工加上精心指揮，才能使工程建設(shè)達到費省效宏的目的。

關(guān)鍵詞軟土地基海堤滑坡觀測

一、工程概況小獅子口工程位于象山港中段奉化市東南松岙鄉(xiāng)境內(nèi)，距奉化市大橋鎮(zhèn)約50Km，距寧波市為70Km。小獅子口工程堤線全長，圍涂面積3360畝，流域集雨面積Km2，涂面高程為吳淞~之間。本工程曾于1960年3月動工圍墾，投資12萬元，拋石萬m3，62年因故停工，現(xiàn)經(jīng)多年淤積沉降，涂面增高，平坦，拋石基本與涂面持平。工程設(shè)計建設(shè)期3年半。海堤基礎(chǔ)處理方案采用土工布結(jié)合碎石墊層，設(shè)計斷面如圖1。1、地貌特征：象山港屬于強潮海灣；落潮流比漲潮流更急促、歷時短、流量大，泥沙一般不落淤，整個象山港中部基本上以基巖海岸為主，徑流含沙量較少，大部分泥沙由潮流挾沙落淤形成，因此工程所在地屬微淤漲型海涂地貌。2、地基條件：海堤地基屬第四系地層，為海相沉積為主的軟土地層，可分為三層第Ⅰ層淤泥~淤泥質(zhì)粘土：天然容重為17KN/m3，天然含水量為54%，空隙比為，呈飽和流塑狀態(tài)，出露于整個涂面，層厚~3m。第Ⅱ?qū)踊疑倌啵禾烊蝗葜貫?m3，天然含水量為65%，空隙比為，呈飽和流塑狀態(tài)，高壓縮性，層厚~6m。第Ⅲ層灰色淤泥~淤泥質(zhì)粘土：天然容重為17KN/m3，天然含水量為57%，空隙比為，呈飽和流塑狀態(tài)，層厚9m。顯然，本工程地基均為軟土層，承載力低，抗剪強度低，滲透性能差。海堤地基土層物理力學性指標見表1。3、對地形地質(zhì)條件評價：從地形上看：海堤地形從獅子山逐漸向黃巖山升高，約以%坡率遞增，頗有規(guī)律；從地質(zhì)上看，海堤土質(zhì)均為軟土層，地層性質(zhì)變化不大，從地質(zhì)指標看獅子山逐漸向黃巖山地質(zhì)變好。二、兩次滑動情況與原因分析1、兩次滑動情況：第一次滑動發(fā)生在黃巖山段海堤1+390～1+650堤段。當石壩高程從加高到時，石壩頂寬，靠外海側(cè)沉降20cm，內(nèi)側(cè)土石交界處沉降80～90cm，堤頂向內(nèi)傾斜，外海涂面隆起20～40cm，范圍5～10m；第二次滑動發(fā)生在0+820~0+950，當漿砌直墻從加高至，內(nèi)坡土方從加高至時，石壩頂寬5m，土石交界處最大沉降，軸線最大外移90cm，地梁沉降30~50cm，斜坡由1:4變?yōu)?:10左右，外海涂面隆起20~50cm，范圍5~15m。小獅子口海堤地基土層物理力學性指標表表1堤段名稱土層編號土層名稱含水量ω重度液限ωL(%)塑性指數(shù)Ip孔隙比壓縮系數(shù)αMpa-1固結(jié)系數(shù)直快剪直固快天然十字板強度(Kpa)λZΦqΦcq黃巖山Ⅰ淤泥~淤泥質(zhì)粘土211S0=+Ⅱ淤泥211Ⅲ淤泥~淤泥質(zhì)粘土3中間段Ⅰ淤泥~淤泥質(zhì)粘土S0=+Ⅱ淤泥3Ⅲ淤泥~淤泥質(zhì)粘土210獅子山Ⅰ淤泥~淤泥質(zhì)粘土2S0=+Ⅱ淤泥10Ⅲ淤泥~淤泥質(zhì)粘土11

2、滑動原因分析：經(jīng)過斷面測量，查看施工紀錄，對照施工加荷速率與設(shè)計加荷速率，如表2。施工與設(shè)計加荷時間比較表表2樁號設(shè)計加荷時間施工加荷時間提前工期土方石方330天480天290天455天40天25天0+820~0+950土方石方820天1100天640天970天180天130天首先，對第一次滑動，施工加荷與設(shè)計基本接近，從補勘地質(zhì)資料看，滑坡段地處古河道，實際地質(zhì)強度比設(shè)計略微偏弱，使海堤在施工過程中處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，是發(fā)生滑動的主要原因。從表2可見，第二次加荷施工比設(shè)計工期提前4～6個月，由此判斷加荷速率太快是發(fā)生滑動的主要原因。從理論上分析，軟土地基上筑堤，地基強度隨著荷載的增加而逐漸變化的狀態(tài)，可用下式來描述S=S0+ΔSc-ΔSt式中：S0------天然地基的抗剪強度；ΔSc-----由于地基固結(jié)而增長的抗剪強度；ΔSt------由于剪應(yīng)力引起抗剪強度的衰減；S---------軟土地基隨著荷載的增加而變化的抗剪強度。由上式可以看出：地基強度隨著荷載的變化，有可能增長也有可能減少，若欲使地基強度隨荷載的增加而增長，必須充分認識并掌握其變化規(guī)律，具體地說欲使ΔSc增長快些而使ΔSt為最小，則應(yīng)采取排水墊層或PVC排水板等地基處理措施，給地基創(chuàng)造排水固結(jié)的條件，同時應(yīng)嚴格按照設(shè)計加荷曲線進行控制，始終使地基強度的增長與因加荷產(chǎn)生的剪應(yīng)力相適應(yīng)，這樣地基也就穩(wěn)定。否則，若加荷速率太快，致使加荷產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過了地基強度的增長時，地基就會產(chǎn)生局部破壞，甚至發(fā)生整體滑動。因此認識和掌握地基強度隨著加荷而逐漸變化的規(guī)律，是軟土地基筑堤的關(guān)鍵。其次，加荷方式和施工順序不合理，也是發(fā)生滑動的原因之一。加荷方式要薄層輪加、均衡上升，一次加荷不能太高。施工順序要先加足鎮(zhèn)壓層，后填筑堤身，先筑石壩，后填土方，要求土方比石壩遲緩一個施工期。實際施工采取閉氣土方與石壩同時進行，一次加土高度超過，第二次滑動就是這樣造成的。以上所述的原因均為滑動的外因，滑動的內(nèi)因是地基地質(zhì)條件差。3、補強措施：對第一次滑坡已于1998年3月，實測了海堤斷面，并進行現(xiàn)場十字板和靜力觸探試驗。根據(jù)實測資料對若干斷面進行分析計算，對設(shè)計斷面進行調(diào)整和補強。對第二次滑坡采用加固方案為外海增加拋石19米，基礎(chǔ)采用一層土工布，徑向抗拉強度60KN/m，地梁高程不變，鎮(zhèn)壓層拋石高程按控制，鎮(zhèn)壓層外側(cè)斜坡允許按自然坡度拋填，要求滑坡段汛期后進行直墻修復(fù)處理，斜坡恢復(fù)。要求施工嚴格控制加荷速率，對高程以上一次壩頂堆石加荷厚度不應(yīng)大于50cm，并有一定的停荷時間，斷面沿線應(yīng)均衡上升，加荷過程應(yīng)加強觀測，一旦發(fā)現(xiàn)沉降異常，立即停止加荷，確保海堤安全。該工程已于1998年11月下旬順利地堵口合攏。目前海堤高程基本上達到設(shè)計高程，滑坡修復(fù)正在進行中。

三、經(jīng)驗教訓(xùn)1、關(guān)于地基處理方案：從墊層處理軟土地基的理論和工程實踐經(jīng)驗看，墊層法對不同軟土厚度的效果大相徑庭，即對較薄軟土層的排水固結(jié)效果顯著，而對較厚軟土層的排水固結(jié)效果就差的多。而且對堤壩的穩(wěn)定而言，軟土層的厚度比壩高的影響更大。根據(jù)小獅子口的實際情況，海堤的全線若能采用PVC排水板處理方案要穩(wěn)妥得多。由于小獅子口工程在60年曾進行大量拋石，且海堤軸線無外移可能，因此我們設(shè)計時只能采用碎石墊層加加筋土工布進行地基處理。當然，采用PVC排水板方案，也要控制加荷速率，不然也要發(fā)生滑動；采用墊層方案，只要按照設(shè)計要求控制加荷速率進行施工，也可取得滿意結(jié)果，兩者都有工程實例。2、加強施工觀測：在山區(qū)水庫軟土地基上筑壩的觀測設(shè)備，有邊樁位移、沉降管、及孔隙水壓儀，而且在觀測、分析、指導(dǎo)施工方面都積累了許多寶貴的經(jīng)驗。但對數(shù)公里長的海涂上筑堤來說，上述觀測手段有諸多不便。只好采用按設(shè)計加荷速率曲線，同時配合沉降觀測，來指導(dǎo)施工。建議今后在海堤建設(shè)中應(yīng)同時觀測邊樁位移與沉降，兩者配合觀測才能真正達到控制加荷速度的要求。觀測指標：位移量每日小于4mm；沉降量每日小于10mm，以兩個樁連續(xù)兩日位移量不超過8mm，沉降量不超過20mm為準。觀測時間：施工期每日一次，停荷期每三日一次。觀測要定人員、定儀器、定時間，連續(xù)觀測，觀測資料要及時分析，以觀測成果來指導(dǎo)施工，控制加荷速率。此外也應(yīng)特別強調(diào)：施工機械隨著社會技術(shù)經(jīng)濟的發(fā)展而更新?lián)Q代，運輸工具以往用手拉車、膠輪車，現(xiàn)在都用自卸汽車，對軟土地基筑壩，最好采用1～3噸小型自卸車上壩，既靈活又輕便，切忌采用10噸以上的大型汽車上壩，以控制運載工具來控制加荷速率。3、按照客觀規(guī)律進行施工：眼下建設(shè)發(fā)展速度很快，各種建設(shè)工程如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，令人賞心悅目，但遺憾的是很多工程往往趕進度搶時間，以提前竣工為榮，在一些工程項目的施工中，為了一個什么目標，比如參加什么慶典、獻禮之類，就違背客觀規(guī)律，人為改變工期，只求進度，不顧質(zhì)量，導(dǎo)致重新返工，特別是在軟土地基上筑堤壩，由于加荷過快，致使堤基滑動，造成人力、物力、財力上的浪費?？朔@種現(xiàn)象，關(guān)鍵在于要尊重客