B-bar监控指标在约旦18号海堤修复工程中的应用

熊红阳，周 晔，周旭飞

（国网电力科学研究院大坝及工程监测研究所，江苏 南京 210003）

1 工程概况

约旦18号海堤位于约旦死海边，濒临以色列，工程主要目的为围海晒盐，在死海边上围出一条长12.05 km的海堤，然后将死海的海水抽到海堤围成的盐池内，经过常年的日晒，海水蒸发后，获得沉淀在盐池内的盐。18号海堤的地质条件非常特殊，基础表面为死海水面下降后留下的厚约1 m的坚硬盐壳，盐壳下面为数十米深的淤泥。淤泥的渗透性极差，填土加载后，基础内孔隙水压力迅速增大，给基础的稳定性带来极大的隐患，填土连续加载可能导致地基失稳，最终造成海堤垮塌。18号海堤邻近的19号海堤曾经发生了基础失稳，造成堤坝出现大面积坍塌，造成整个工程报废的严重后果。因此，填土过程中如何控制孔隙水压力的释放与填土分级加载时机成为工程施工的关键。为监测海堤基础的稳定状态，在18号海堤上选择7个典型监测断面，各监测断面埋设了渗压计和沉降管，共布置渗压计110支，埋设沉降管12孔，另外还布置了测斜管、表面水平位移和表面沉降标点。其典型监测断面布置见图1。

2 B－bar监控指标的引入

约旦18号海堤填筑用料为Marl料，这种材料类似泥灰土，渗透性极差，在与死海海水混合后强度迅速上升，Marl料摊平后用羊角碾碾实形成堤坝。填土加载后，基础内饱和或接近饱和的淤泥中的孔隙水压力迅速增大，荷载的连续加载导致孔隙水压力的连续增大。由于土的三相组成（固相、液相和气相），荷载的加载与地基应力的增加存在着复杂的关系，在对以往死海海堤工程地质条件进行多年调查、勘探和实验资料分析的基础上，结合18号海堤地质条件和Marl料的特点引入了B-bar控制值的概念，用B-bar值来控制荷载的加载速率，从而控制大坝填筑速度和填筑时机。工程实际是当B-bar值超过设计范围时，马上暂停填筑，等待孔隙水压力释放，直至B-bar值降到设计限值以下时恢复填筑。工程一直严格遵循此控制原则，在严格保证质量的前提下，安全地完成了整个项目的施工。

3 B－bar监控指标的计算

B-bar监控指标即B的计算采用式（1）进行：

式中：Δp=pi-p0，为孔隙压力变化值，等于渗压计实测值减初始值；μ为填土加载引起地基深处应力增加的理论值。

图1 典型监测断面布置图Fig.1 Typical distribution on monitoring section

地基基础在荷载加载后，地基内部会引起应力增加，而应力的增加与荷载类型、荷载形状以及测点在地基中的深度等因素有关，因此引入应力系数，用σ表示，则

式中：σ为应力系数；ρ为填土密度；g为重力加速度，取 g=9.8；h 为填土厚度。

从式（2）可看出，B值的计算关键在于应力系数σ的确定。下面根据18号海堤实际填筑情况，根据监测布置选择典型监测断面CH 8+600 M2，建立应力计算模型如图2所示。

图2 中，D1、E1、F1、D2、E2、F2 均为渗压计 ，A-A 剖面中 1、2、3、4、5、6、7、8 为沉降磁环编号。根据设计要求，渗压计 D1（D2）、E1（E2）、F1（F2）分别与沉降磁环4、5、6安装在同一高程。

图2 典型断面CH 8＋600 M2布置图Fig.2 Typical distribution on monitoring section CH8＋600 M2

由于海堤长12 km，填土宽度小于300 m，长宽比 l／b＞40。 一般情况下，把长宽比 l／b≥10 的条形基础视作平面应变问题，因此填土荷载可按平面问题处理，根据弗拉曼公式[1]，参考如图3所示的计算简图，系数σ的计算如式（3）：

将式（2）、式（3）代入式（1），则

式中β1、β2如图3所示，采用弧度进行计算。

图3 计算示意图Fig.3 Sketch drawing of calculation

海堤基础为淤泥，基础长期处于饱和状态，填土过程中，基础沉降会带着渗压计沉降，因此渗压计的读数需扣除由于本身沉降而增大的影响后进行修正，渗压计沉降量可以参考安装在同一高程的沉降磁环，修正时取死海海水的密度为 1.22 kg／L。

4 应用分析

在渗透性较差的土体内，由于应力释放需要的时间较长，基础内应力随着填土荷载的增加而增大的趋势非常明显。同时由于应力释放过程缓慢，连续不间断的加载会导致基础应力的连续增大，当应力增大到超过基础极限应力时，基础会失稳而崩塌。填筑过程中，采用间断加载的方法可保证基础内应力有一定的释放时间，因此有必要在施工安全和施工进度之间建立某种关系，B-bar值正好为这两者之间建立了对立统一的关系。

选取8+600典型监测断面中3支渗压计（D1、E1、F1）作为分析对象，分别列出孔隙水压力、填土厚度的历时过程线（图4），沉降量、填土厚度的历时过程线（图5），B-bar值历时过程线见图6。

图4、5、6 中时间横轴上分别标出了 a、b、c、d四点。从图4看，从起始时间到a对应的时间段内，在填海筑堤的初期，基础内孔隙水压力与填土厚度变化的趋势非常接近，同时填筑速度较为缓慢，孔隙水压力释放时间较长，对应图6海堤填筑初期B-bar值下降较快。

图4 孔隙水压力、填土厚度历时过程线Fig.4 Graph of pore water pressure and earth filling depth

图5 沉降量、填土厚度历时过程线Fig.5 Graph of settlement and earth filling depth

从图5看，a～b对应的时间段内填筑速度较快，同时在图4中反映出孔隙水压力上升趋势明显加快，孔隙水压力来不及释放，地基沉降速度呈加剧趋势。图6中可看出，B-bar监控指标持续在0.65左右，无下降趋势，参照设计要求，B-bar值偏高，因此填筑速度放缓。

填筑速度放缓后，从b～d之间可明显看出，孔隙水压力呈下降趋势，孔隙水压力得到了及时释放，同时地基沉降趋势放缓，B-bar值一直呈下降趋势。尤其在b～c之间，从图4、图5可看出，填筑暂停时间约1个月，同时从图6可看出，暂停的1个月时间内，B-bar值下降到0.4左右，填筑恢复，但填筑速度依然缓慢。

图6 B－bar历时过程线Fig.6 Graph of B-bar

在时间d以后，填筑速度明显加快，孔隙水压力上升速度加剧，同时地基沉降速率也在增大，而此时段内B-bar只呈现出轻微的上升趋势。事实证明，即便地基沉降速率增大，在B-bar值未出现明显上升的情况下，基础依然是稳固的。

5 结 语

通过应用B-bar监控指标控制法，约旦18号海堤修复工程的填筑未发生基础和坝坡失稳现象，也成功完成了其后的首次蓄水。B-bar监控指标在18号海堤修复工程中的成功应用证明了其在软基监测中的实用性，为软基安全施工提供了一种新的控制方法。

[1]高大钊,袁聚云.土质学与土力学(第三版)[M].北京:人民交通出版社.

[2]彭虹,刘远国,熊红阳.软基上填筑堤坝施工安全监控方法[J].长江科学院院报,2005(06)∶37～40.

[3]二滩水电开发公司.岩土工程安全监测手册[M].北京:中国水利水电出版社,1999.