土工布和塑料排水带联合处理海堤软基的效果分析

土工布和塑料排水带联合处理海堤软基的效果分析

土工布和塑料排水带的联合处理方法之一是用塑料排水带处理海岸的软基。利用土工布加筋提高地基的初期承载力,只要加筋后地基的初期承载力能提高到满足合龙闭气的堆筑高度而不失稳,作为海堤工程的建设一般说成功了一半以上。至于以后的加高加宽,由于海堤软基用塑料排水带进行了处理,比较容易通过原型观测分析控制加荷速率来满足整体稳定的需要。通过工程实例的介绍以及原型观测资料的分析,探讨应用土工布和塑料排水带联合处理海堤软基的效果及其合理性。1工程特点及设计特点瑞安市飞云江北岸标准海堤一期工程位于瑞安市城关南门至东山上埠浦口,全线长2.5km,是保护瑞安市城关及郊区乡镇的重要生命线工程。原有防洪堤大部分为土堤,堤顶高程5～7m,堤顶宽1～3m,堤身单薄,防洪能力不足5年一遇。工程按3级堤防设计,相应设计潮水位及风浪重现期,按50年一遇标准确定。工程堤顶高程8.6m,原滩地高程-2～-3m。海堤坝高在11m左右,其中水下填筑高度(平均潮位以下)5m左右。工程区域为滨海相沉积平原,滩面比较平缓,略呈自北向南倾斜,地基深层40～50m范围内为岩性较为单一的淤泥或淤泥质粘土,具有高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度的特点。在正常压缩条件下,必然会产生很大的沉降及沉降差。地基土的物理力学指标见表1。2基上建空箱式海堤的方案比较根据勘探成果分析,需进行软土地基处理。地基处理考虑了塑料排水板、砂桩、碎石桩、抛石挤淤、水泥搅拌桩、高压旋喷桩等方案。经多个方案的技术经济比较,地基打设塑料排水板的方案较为合理。通过分析其他类似工程的资料,首次采用国内尚在试验研制阶段的200kN/m超高强土工布,并辅以原型观测分析,基本上解答了软土地基上建空箱式海堤的技术难点。海堤结构型式见图1。2.1土工布应力分析土工布的加筋作用对海堤稳定的影响,是通过在抗滑稳定安全系数的计算中,在抗滑力一项中计入土工布的拉力作用来考虑的,按土工布拉力和滑弧方向是否一致又可分为瑞典法和荷兰法。在海堤稳定计算中,土工布的拉力T值有3种不同的选择,一是极限抗拉强度;二是允许抗拉强度;三是达一定应变时的拉力。显然第1种选择方法将高估海堤的抗滑稳定安全系数。根据《土工合成材料应用技术规范》GB50290—98,土工合成材料允许抗拉强度的安全系数最小为2.5,因堤坡稳定的安全系数在1.05～1.35,考虑到土工合成材料要求的安全系数要大1倍,故T值应取极限抗拉强度的1/2。这样可避免安全系数的重复设置,充分发挥筋材的作用。2.2排水固结度的计算塑料排水带的作用原理与砂井相同,计算公式如下:式中:dw—当量直径;b、d—排水板的宽度和厚度;α—换算系数,应通过试验确定,计算时参考与该工程施工和地质条件相似工程,取α=1.0。由于工程淤泥层较深,排水板未打穿软土层。对于排水部分土的平均固结度计算公式为:式中:Uz—竖向排水固结度;Ur—径向排水固结度。对于排水板以下土层的平均固结度可按Uz计算公式计算。2.3排水固结因素参照类似工程的实测最大沉降速率和水平位移速率,并考虑砂井排水固结的因素,对加荷期加荷速率的控制标准如下:水平位移<4mm/d,地表沉降<20mm/d。当水平位移<1.5mm/d,沉降量<3.0mm/d,可以进行下一级加荷。3原型观测观测内容由于海堤原地基为淤泥和淤泥质软土,为了确保施工期间地基土体的稳定性,保障海堤施工的正常进行,进行了地表沉降、孔隙水压力、分层沉降、水平位移、海堤浸润线、十字板抗剪强度对比测试等原型观测。整个原型观测现场工作自1996年7月开始到1999年6月结束,共历时36个月。除0+980断面、1+100断面、1+880断面3个断面仅埋设沉降标观测外,其余观测内容均集中于1+360断面和0+780断面。要求每一级荷载均应首先在1+360断面和0+780断面进行加荷,并根据原型观测数据指导工程施工。以1+360断面为例进行原型观测分析,1+360断面原型观测布置详见图2。4初步观测数据的分析4.1排水固结沉降测定由于海堤地基软土层较厚,含水量大,压缩性高,渗透性低和排水条件差,在自重及上部荷载的作用下,处于欠压缩状态,插设塑料排水板后,改变了地基原有的排水条件,缩短了排水距离,加快了排水速度和土体的固结,在短期内产生较大的排水固结沉降。各断面测得的沉降值见表2。根据1+360断面的实测结果,反映出随着深度增大,土体沉降量逐渐减小,海堤内侧S6,S7及轴线S8孔与外侧S9,S10相比,同一深度内,轴线处沉降最大,内侧次之,外侧最小。4.2地表内的平位移为保证施工过程中的稳定与安全,防止由于加荷而产生土体剪切破坏,在垂直于海堤轴线方向分别设置水平位移观测孔,以随时了解土体的整体稳定情况。1+360断面由于轴线加荷,海堤内侧S6孔水平位移主要是向内,以地表下13.5～8m处位移最大,达36.2cm;外侧S10孔水平位移向外,位移量很小,均小于9cm,但表层土由于堤外边坡干砌,造成位移从地面下7m内,从下向上逐渐增大。4.3分层沉降环的测定利用分层沉降资料,根据分层沉降曲线,可推算出最终沉降量S∞,进而求得地基土的固结度:式中:S∞—分层沉降环的最终沉降量;St—t时刻实测沉降量;Ut—t时刻固结度。利用孔隙水压力资料推算固结度,固结度计算公式如下:式中:Ut—t时刻固结度;u03a2u消散—从加载开始到t时刻孔压累计消散值;u03a2u增加—从加载开始到t时刻孔压累计增加值。综上所述,利用分层沉降与利用孔隙水压力计算的固结度基本相近。4.4土壤基本强度分析在1+360断面海堤堆载前后分别进行的十字板原位测试结果见图3。从图3可以看出,由于打设塑料排水带,堆载后土层强度明显提高。5制作软基、基带材料(1)通过对原型观测结果的分析来控制加荷速率。用土工布来加筋海堤软基,使地基的初期承载力首先满足海堤在合龙闭气时的稳定要求,然后利用塑料排水带处理软基来提高地基承载力,进一步对海堤进行加高加宽。这是通过工程的实践所获得的在软土地基上建造海堤的成功经验。(2)工程