土工布和塑料排水帶聯(lián)合處理海堤軟基的效果分析

土工布和塑料排水帶聯(lián)合處理海堤軟基的效果分析

土工布和塑料排水帶的聯(lián)合處理方法之一是用塑料排水帶處理海岸的軟基。利用土工布加筋提高地基的初期承載力,只要加筋后地基的初期承載力能提高到滿足合龍閉氣的堆筑高度而不失穩(wěn),作為海堤工程的建設(shè)一般說成功了一半以上。至于以后的加高加寬,由于海堤軟基用塑料排水帶進行了處理,比較容易通過原型觀測分析控制加荷速率來滿足整體穩(wěn)定的需要。通過工程實例的介紹以及原型觀測資料的分析,探討應用土工布和塑料排水帶聯(lián)合處理海堤軟基的效果及其合理性。1工程特點及設(shè)計特點瑞安市飛云江北岸標準海堤一期工程位于瑞安市城關(guān)南門至東山上埠浦口,全線長2.5km,是保護瑞安市城關(guān)及郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的重要生命線工程。原有防洪堤大部分為土堤,堤頂高程5～7m,堤頂寬1～3m,堤身單薄,防洪能力不足5年一遇。工程按3級堤防設(shè)計,相應設(shè)計潮水位及風浪重現(xiàn)期,按50年一遇標準確定。工程堤頂高程8.6m,原灘地高程-2～-3m。海堤壩高在11m左右,其中水下填筑高度(平均潮位以下)5m左右。工程區(qū)域為濱海相沉積平原,灘面比較平緩,略呈自北向南傾斜,地基深層40～50m范圍內(nèi)為巖性較為單一的淤泥或淤泥質(zhì)粘土,具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強度的特點。在正常壓縮條件下,必然會產(chǎn)生很大的沉降及沉降差。地基土的物理力學指標見表1。2基上建空箱式海堤的方案比較根據(jù)勘探成果分析,需進行軟土地基處理。地基處理考慮了塑料排水板、砂樁、碎石樁、拋石擠淤、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等方案。經(jīng)多個方案的技術(shù)經(jīng)濟比較,地基打設(shè)塑料排水板的方案較為合理。通過分析其他類似工程的資料,首次采用國內(nèi)尚在試驗研制階段的200kN/m超高強土工布,并輔以原型觀測分析,基本上解答了軟土地基上建空箱式海堤的技術(shù)難點。海堤結(jié)構(gòu)型式見圖1。2.1土工布應力分析土工布的加筋作用對海堤穩(wěn)定的影響,是通過在抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計算中,在抗滑力一項中計入土工布的拉力作用來考慮的,按土工布拉力和滑弧方向是否一致又可分為瑞典法和荷蘭法。在海堤穩(wěn)定計算中,土工布的拉力T值有3種不同的選擇,一是極限抗拉強度;二是允許抗拉強度;三是達一定應變時的拉力。顯然第1種選擇方法將高估海堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)《土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》GB50290—98,土工合成材料允許抗拉強度的安全系數(shù)最小為2.5,因堤坡穩(wěn)定的安全系數(shù)在1.05～1.35,考慮到土工合成材料要求的安全系數(shù)要大1倍,故T值應取極限抗拉強度的1/2。這樣可避免安全系數(shù)的重復設(shè)置,充分發(fā)揮筋材的作用。2.2排水固結(jié)度的計算塑料排水帶的作用原理與砂井相同,計算公式如下:式中:dw—當量直徑;b、d—排水板的寬度和厚度;α—換算系數(shù),應通過試驗確定,計算時參考與該工程施工和地質(zhì)條件相似工程,取α=1.0。由于工程淤泥層較深,排水板未打穿軟土層。對于排水部分土的平均固結(jié)度計算公式為:式中:Uz—豎向排水固結(jié)度;Ur—徑向排水固結(jié)度。對于排水板以下土層的平均固結(jié)度可按Uz計算公式計算。2.3排水固結(jié)因素參照類似工程的實測最大沉降速率和水平位移速率,并考慮砂井排水固結(jié)的因素,對加荷期加荷速率的控制標準如下:水平位移<4mm/d,地表沉降<20mm/d。當水平位移<1.5mm/d,沉降量<3.0mm/d,可以進行下一級加荷。3原型觀測觀測內(nèi)容由于海堤原地基為淤泥和淤泥質(zhì)軟土,為了確保施工期間地基土體的穩(wěn)定性,保障海堤施工的正常進行,進行了地表沉降、孔隙水壓力、分層沉降、水平位移、海堤浸潤線、十字板抗剪強度對比測試等原型觀測。整個原型觀測現(xiàn)場工作自1996年7月開始到1999年6月結(jié)束,共歷時36個月。除0+980斷面、1+100斷面、1+880斷面3個斷面僅埋設(shè)沉降標觀測外,其余觀測內(nèi)容均集中于1+360斷面和0+780斷面。要求每一級荷載均應首先在1+360斷面和0+780斷面進行加荷,并根據(jù)原型觀測數(shù)據(jù)指導工程施工。以1+360斷面為例進行原型觀測分析,1+360斷面原型觀測布置詳見圖2。4初步觀測數(shù)據(jù)的分析4.1排水固結(jié)沉降測定由于海堤地基軟土層較厚,含水量大,壓縮性高,滲透性低和排水條件差,在自重及上部荷載的作用下,處于欠壓縮狀態(tài),插設(shè)塑料排水板后,改變了地基原有的排水條件,縮短了排水距離,加快了排水速度和土體的固結(jié),在短期內(nèi)產(chǎn)生較大的排水固結(jié)沉降。各斷面測得的沉降值見表2。根據(jù)1+360斷面的實測結(jié)果,反映出隨著深度增大,土體沉降量逐漸減小,海堤內(nèi)側(cè)S6,S7及軸線S8孔與外側(cè)S9,S10相比,同一深度內(nèi),軸線處沉降最大,內(nèi)側(cè)次之,外側(cè)最小。4.2地表內(nèi)的平位移為保證施工過程中的穩(wěn)定與安全,防止由于加荷而產(chǎn)生土體剪切破壞,在垂直于海堤軸線方向分別設(shè)置水平位移觀測孔,以隨時了解土體的整體穩(wěn)定情況。1+360斷面由于軸線加荷,海堤內(nèi)側(cè)S6孔水平位移主要是向內(nèi),以地表下13.5～8m處位移最大,達36.2cm;外側(cè)S10孔水平位移向外,位移量很小,均小于9cm,但表層土由于堤外邊坡干砌,造成位移從地面下7m內(nèi),從下向上逐漸增大。4.3分層沉降環(huán)的測定利用分層沉降資料,根據(jù)分層沉降曲線,可推算出最終沉降量S∞,進而求得地基土的固結(jié)度:式中:S∞—分層沉降環(huán)的最終沉降量;St—t時刻實測沉降量;Ut—t時刻固結(jié)度。利用孔隙水壓力資料推算固結(jié)度,固結(jié)度計算公式如下:式中:Ut—t時刻固結(jié)度;u03a2u消散—從加載開始到t時刻孔壓累計消散值;u03a2u增加—從加載開始到t時刻孔壓累計增加值。綜上所述,利用分層沉降與利用孔隙水壓力計算的固結(jié)度基本相近。4.4土壤基本強度分析在1+360斷面海堤堆載前后分別進行的十字板原位測試結(jié)果見圖3。從圖3可以看出,由于打設(shè)塑料排水帶,堆載后土層強度明顯提高。5制作軟基、基帶材料(1)通過對原型觀測結(jié)果的分析來控制加荷速率。用土工布來加筋海堤軟基,使地基的初期承載力首先滿足海堤在合龍閉氣時的穩(wěn)定要求,然后利用塑料排水帶處理軟基來提高地基承載力,進一步對海堤進行加高加寬。這是通過工程的實踐所獲得的在軟土地基上建造海堤的成功經(jīng)驗。(2)工程