深圳機(jī)場(chǎng)碼頭區(qū)海堤穩(wěn)定性分析

胡榮華，龍 祁，陳敏華，余海忠

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518034;2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，鄭州450015)

深圳市機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建項(xiàng)目擬建場(chǎng)地位于深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)的西側(cè)，珠江口伶仃洋東側(cè)，現(xiàn)狀為海域和魚(yú)塘，近期工程填海面積接近10 km2[1]。除了需要大面積填海之外，擬建場(chǎng)地普遍覆蓋5.0～12.0 m厚的海相沉積淤泥，必須經(jīng)過(guò)軟基處理后才能滿足上部結(jié)構(gòu)的建設(shè)要求，所以場(chǎng)地陸域形成(包括海堤的建設(shè)與填海)和軟基處理工程是機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建項(xiàng)目的先導(dǎo)工程[1]。碼頭區(qū)位于場(chǎng)地的西南側(cè)，拋石海堤已經(jīng)圍閉，吹填砂后西堤局部出現(xiàn)滑移[2]，因此需對(duì)圍堰進(jìn)行穩(wěn)定性分析，其目的是在海堤圍成的場(chǎng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行軟基處理，保證海堤的穩(wěn)定安全。

1 工程概況

拋石堤已經(jīng)圍閉，碼頭區(qū)軟基處理斷面吹砂至高程1.5 m(吹填砂后西堤局部出現(xiàn)滑移現(xiàn)象)，填砂墊層厚1 m，鋪填砂層，填土碾壓至各塊區(qū)的相應(yīng)交工面高程(考慮預(yù)留沉降量)，填筑各塊區(qū)相應(yīng)厚度的預(yù)壓填砂。海堤及場(chǎng)地剖面如圖1所示。

圖1 海堤及周邊場(chǎng)地剖面(單位:m)

2 陸域形成與軟基處理方案

2.1 陸域形成方案

根據(jù)材料的來(lái)源和工程的要求，采用吹砂、填砂(土)為主的陸域形成方案。陸域形成具體程序和方法為[1]:

1)拋石爆破形成海堤圍堰;

2)海域由圍堰圍閉之后，拋石堤內(nèi)側(cè)設(shè)反濾層并鋪設(shè)反濾土工布，海底泥面鋪設(shè)土工布;

3)分層吹填砂，出水面之后振沖密實(shí);

4)出水面以上部分，采用填砂和填土，通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。

2.2 軟基處理方案

碼頭區(qū)軟基處理采用排水固結(jié)堆載預(yù)壓法[1]。豎向排水體采用塑料插板，在既有海堤部位，考慮到插板施工困難，采用大直徑砂井。海域場(chǎng)地，吹填砂層可作為水平排水層，但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在吹填砂層之上設(shè)置一層中粗砂砂墊層，專門作為排水層。拋石圍堰屬于透水堤堰，砂墊層內(nèi)的水和外海連通，不設(shè)集水井，也不需要強(qiáng)制抽水。在現(xiàn)狀魚(yú)塘場(chǎng)地，設(shè)置盲溝和集水井，在預(yù)壓期間進(jìn)行強(qiáng)制抽水。

3 穩(wěn)定性分析斷面模型

3.1 典型斷面及土工參數(shù)

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，圖1斷面中各土層的土工參數(shù)如表1所示。

3.2 淤泥土工參數(shù)取值

根據(jù)排水固結(jié)軟基處理的原理，海堤內(nèi)側(cè)軟基處理及堆載期間，淤泥層由于排水，強(qiáng)度會(huì)有所提高，在海堤穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，要考慮海堤內(nèi)側(cè)淤泥強(qiáng)度增長(zhǎng)的因素[4-5]。根據(jù)文獻(xiàn)[6]，加載(場(chǎng)地加載情況見(jiàn)圖 2)和預(yù)壓過(guò)程中(固結(jié)曲線見(jiàn)圖3)的強(qiáng)度增長(zhǎng)采用下式計(jì)算

表1 土工物理力學(xué)參數(shù)

圖2 圍堤加載曲線

式中 S——淤泥固結(jié)強(qiáng)度;

ccu——三軸固結(jié)不排水剪黏聚力;

γ——淤泥重度;

h——淤泥自重對(duì)應(yīng)的深度;

φcu——三軸固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角;

Δσ——淤泥上部堆載產(chǎn)生的應(yīng)力;

U——淤泥的平均固結(jié)度，其可按 U=U0+ΔU=St/Sc+ΔU計(jì)算，其中，Sc為預(yù)留沉降量，St為實(shí)測(cè)沉降量;ΔU為現(xiàn)狀堆載到滿載施工期產(chǎn)生的固結(jié)度增量。

根據(jù)沉降板實(shí)測(cè)值，場(chǎng)地內(nèi)實(shí)測(cè)沉降量平均值為0.889 m，固結(jié)度 U0=0.889/1.8=49.4%。

其中ΔU計(jì)算時(shí)，采用的參數(shù)為[1]:豎向固結(jié)系數(shù)Cv=4.50 ×10－4cm2/s，徑向固結(jié)系數(shù) Ch=5.00 ×10－4cm2/s，排水板間距1.0 m。根據(jù)現(xiàn)在加載所處時(shí)刻到滿載時(shí)的固結(jié)度得到ΔU=20%。則U=49.4%+20%=69.4%。

圖3 場(chǎng)地固結(jié)曲線

根據(jù)文獻(xiàn)[6]，取海域淤泥強(qiáng)度指標(biāo)為 ccu=6.7 kPa，φcu=14°，則場(chǎng)地內(nèi)經(jīng)過(guò)處理的淤泥強(qiáng)度為

設(shè)場(chǎng)地內(nèi)經(jīng)過(guò)處理的淤泥的等代內(nèi)摩擦角為ˉφcu，則

對(duì)比 S和 S等，有

據(jù)此，場(chǎng)地內(nèi)已經(jīng)過(guò)處理的淤泥強(qiáng)度指標(biāo)可等效取為 ccu=6.7 kPa=10.5°。

此外，圍堤底淤泥取相關(guān)十字板剪切強(qiáng)度平均值。根據(jù)文獻(xiàn)[7]，得到

4 海堤穩(wěn)定性分析

根據(jù)文獻(xiàn)[1]與文獻(xiàn)[3]，穩(wěn)定性分析斷面的選擇如圖4所示。

同時(shí)根據(jù)雷達(dá)測(cè)線得出的圍堤斷面[2]，與斷面條件相接近的情況有以下幾組:①J1，J2;②J3～J9;③J10～J12;④J13，J14;⑤J15～J17。

利用加拿大邊坡穩(wěn)定性分析軟件GEO-SLOPE建立模型，采用摩根斯坦—普萊斯通用條分法計(jì)算最小安全系數(shù)。在進(jìn)行臨界滑裂面搜索的過(guò)程中，結(jié)合復(fù)合滑動(dòng)面的方法，以得出更合理的最小安全系數(shù)。計(jì)算分析結(jié)果見(jiàn)表2～表4。

表2 斷面最小安全系數(shù)(1)

圖4 穩(wěn)定性分析平面布置及斷面選取

表4 斷面最小安全系數(shù)(3)

上述5組斷面情況的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5～圖9，每組選擇一個(gè)典型斷面列出圖片。

圖5 第一組斷面J1穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖6 第二組斷面J4穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖7 第三組斷面J12穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖8 第四組斷面J14穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

圖9 第五組斷面J17穩(wěn)定分析模型和臨界滑裂面

由表2～表4及圖5～圖9，J13～J17斷面(即0+215.8—0+787)的安全系數(shù)偏低，應(yīng)對(duì)該段海堤進(jìn)行加固，加固主要措施如下:

1)對(duì)于發(fā)生局部滑移的地方，首先回填至堤頂并在海堤外側(cè)堤腳采用300 kg以上的塊石加固。

2)對(duì)0+215.8—0+787段海堤堤腳進(jìn)行直接加固，主要采用60～100 kg的塊石加固堤腳。

深圳機(jī)場(chǎng)目前軟基處理已經(jīng)完畢，且已經(jīng)開(kāi)始部分上部結(jié)構(gòu)的施工。海堤加固至今安全穩(wěn)定，沒(méi)有再次發(fā)生局部滑移現(xiàn)象，海堤位移監(jiān)測(cè)結(jié)果也表明海堤側(cè)向位移很小，表明加固效果良好。

5 結(jié)論

本文依托實(shí)際工程對(duì)卸荷板擋土墻進(jìn)行了設(shè)計(jì)。得出如下幾點(diǎn)主要結(jié)論:

1)海堤內(nèi)側(cè)與外側(cè)的淤泥強(qiáng)度取值是海堤穩(wěn)定性計(jì)算的關(guān)鍵，特別是海堤內(nèi)側(cè)的淤泥在軟基處理范圍內(nèi)，其強(qiáng)度值與施工過(guò)程緊密聯(lián)系，其取值應(yīng)通過(guò)計(jì)算得到。

2)從穩(wěn)定性分析結(jié)果看，J13～J17斷面的安全系數(shù)偏低，建議對(duì)西段圍堤0+215.8—0+787進(jìn)行加固，并提出了相應(yīng)的加固措施。

3)由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，本文提出的加固措施效果良好。

4)本文穩(wěn)定性計(jì)算的方法，以及提出的相應(yīng)的加固處理措施，對(duì)類似海堤工程的設(shè)計(jì)與施工有重要借鑒意義。

[1]劉國(guó)楠，馬馳，馬凡剛，等.深圳機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)擴(kuò)建陸域形成及軟基處理工程海堤工程(堤身及基礎(chǔ)處理部分)(四標(biāo)段部分)施工設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖集[R].深圳:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，2007.

[2]深圳市工勘巖土工程有限公司.深圳機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)擴(kuò)建陸域形成及軟基處理海堤工程(堤身及基礎(chǔ)部分)(四標(biāo)部分)補(bǔ)充檢測(cè)工程——測(cè)量、鉆探及地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)報(bào)告[R].深圳:深圳市工勘巖土工程有限公司，2008.

[3]深圳市工勘巖土工程有限公司.深圳機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)擴(kuò)建陸域形成及軟基處理油碼頭區(qū)巖土工程補(bǔ)充勘察報(bào)告[R].深圳:深圳市工勘巖土工程有限公司，2008.

[4]劉國(guó)楠，陳敏華，胡榮華.深圳機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建項(xiàng)目碼頭區(qū)海堤穩(wěn)定性分析報(bào)告[R].深圳:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，2008.

[5]何維山，柯洪，趙永剛.排水固結(jié)法在臺(tái)州軟土地基處理中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2010(5):87-89.

[6]中華人民共和國(guó)交通部.JTJ250—98港口工程地質(zhì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，1998.

[7]深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司.深圳機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)擴(kuò)建工程陸域形成及軟基處理巖土工程勘察報(bào)告[R].深圳:深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司，2005.