地形测量在海堤滑动勘察中的应用研究

高梓旺，马希磊，杨 玲

（1.天津市津堪岩土工程股份有限公司，天津300191；2.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津300456）

当充填袋式防波堤受外力作用发生滑动时，通常有以下3 种破坏形式［1］。

图1 沿硬层顶面滑动Fig.1 Sliding along top surface of hard layer

图2 沿充填袋顶面滑动Fig.2 Sliding along top surface of geotextile pack

图中Pa为主动土压力；TT为筋材拉力；PP为被动土压力；FB为沿筋材表面的摩擦力；Wi为土条重力；bi为土条宽度。

当防波堤滑动后，需判断滑动类型，以便正确确定后续处理方案。由于滑动后存在软弱结构面，传统方法一般采用钻孔取土或现场原位测试方法，通过岩土参数的比较找寻滑动面，以确定滑动类型。本文通过对妈祖经贸园外围海堤滑动案例的勘察和分析，采用地形测量的方法对滑动类型和滑动原因进行判断和分析，取得了较好的效果。

图3 深层滑弧滑动Fig.3 Deep circular sliding

1 工程概况

妈祖经贸园外围海堤工程位于渤海湾西部的天津港北部海域，汉沽区营城镇蔡家堡村滩涂海域，东临天津中心渔港，南至渤海。西邻航母主题公园围海外海堤，北临海滨大道。本工程海堤沿规划道路内边线进行布置，新建海堤总长约3 265 m，其中北侧堤长约1 133 m，东侧堤长约1 061 m,南侧堤长约1 071 m。海堤采用袋装砂被和塑料排水板的地基处理方式，塑料排水板长度10 m，正方形布置，间距1.2 m。堤体结构采用袋装砂棱体，袋装砂棱体与吹填堤心砂紧密结合，交叉同步施工。海堤水面上全面展开，层层推进，及时保护。断面图如图4 所示。

图4 堤体断面图Fig.4 Cross-sectional view of breakwater

图5 滑动后堤体平面图Fig.5 Planar graph of breakwater after sliding

2012 年10 月30 日（阴历9 月16 日）夜间22：30 时，海堤南侧S0+000-S0+270 范围堤体发生水平滑移，变形范围约270 m，向外侧发生变形，变形段最大侧向变形32.6 m。并在S0+030 和S0+90 处形成两处缺口，分析为堤体滑动位移较大，导致袋体撕裂破坏所致。发生滑移时S0+000-S0+270 范围内正在进行袋装砂棱体施工，施工标高为+4.0，滑动时堤体高度为6.5～7.0 m。滑动后堤体平面图如图5 所示。

2 工程地质条件

表1 地层岩性特征及土层分布规律表Tab.1 Stratigraphic and lithologic characteristics and distribution of soil

3 滑动后的地形测量及分析

3.1 地形测量方法

为了分析堤体滑移的原因及指导后续加固方案的设计和施工，对滑动段进行了探摸工作。探摸工作主要包括两部分内容［2］：

（1）断面钎探。每间隔30 m 进行断面探摸，与地形测量断面一致。探摸采用钎探法，选择在低潮水时，由技术人员乘坐橡皮艇采用钎探杆按横向间距0.5 m 进行探摸，以确定滑动后原堤体下是否仍有砂棱体存在及砂棱体轮廓线位置。

（2）地形测量。水下地形测量采用美国Odom Hydrotrac 型单频测深仪进行测量。测量精度为0.01 m，测量误差为H×5‰±0.05 m（H 为水深值）；堤身地形测量采用Trimble R6 GPS 进行测量。

变形段：每30 m 间隔进行断面测量，包括滑移段的堤身、堤身两侧各50 m 范围，以了解滑移后周边地形变化情况。

其他堤段：每50 m 断面测量，测量范围为堤顶内边线两侧各50 m 范围。

3.2 测量结果分析

图6 地形测量平面图（1:1 000）Fig.6 Planar graph of topographic survey (1:1 000)

图7 各滑动断面水深图(1:200)Fig.7 Bathymetric chart of each sliding section(1:200)

3.2.1 钎探结果分析

通过现场钎探，S0+060、S0+090、S0+120、S0+150 四个断面在原堤体位置均存在砂棱体，滑动后袋装砂棱体边线与设计砂棱体外轮廓线位置基本一致，实际袋装砂棱体外轮廓线已在“水深及探摸平面图”（图5）中标出。

根据探摸的实际堤体内侧袋装砂棱体所处位置，并结合水深测量数据绘制了地形测量平面图（图6），对比堤体内侧探摸的实际袋装砂棱体外轮廓线与设计袋装砂棱体外轮廓线可知：两条曲线相差不大，基本吻合，相差最大处在S0+000 处，实际袋装砂棱体外轮廓线比设计的外轮廓线向堤体内侧偏了3.2 m。此结果说明虽然堤体向外侧发生了滑移，但在设计袋装砂棱体外轮廓线附近仍有袋装砂棱体存在，各滑动断面水深图（图7）也较好的印证了这一点。

3.2.2 地形测量结果分析

选取了滑移量较大的S0+030、S0+060、S0+090、S0+120 四个断面进行了水深断面图（图7）的绘制及分析（高程基面：天津港理论最低潮面），通过地形测量平面图和各滑动断面水深图可以得到以下信息：（1）通过比较设计堤顶内侧线与滑移后实际堤顶内侧线，可以从断面图5 中得出四个断面的滑移量分别为：3.23 m、26.26 m、32.60 m、28.79 m。（2）砂棱体滑动后的残留面（断面图中为堤体内侧设计袋装砂棱体外轮廓线至滑动后堤底内侧线范围）基本为一平面，S0+030 断面、K0+60 断面、K0+90 断面、K0+120 断面的残留面最大高差分别为0.2 m、1.0 m 、0.9 m、0.3 m。（3）堤体外侧基本为一平面，高差均在0.3m 范围之内。（4）设计袋装砂棱体外轮廓线内外两侧存在高差，平均高差0.4 m 左右。此位置与现场钎探所得滑动后砂棱体外轮廓线位置基本一致。

3.2.3 地形测量结论

堤体圆弧滑动具备以下3 个特点：（1）滑动面为圆弧面，滑动后堤体轴线应为一弧线。（2）滑动后内侧应有滑动切入点；外侧应有溢出点，也即隆起点。（3）滑动后堤体内侧至滑动切入点之间会形成一斜面。平滑具有以下4 个特点：（1）滑动面为平面，滑动后堤体轴线为一不规则折线；（2）滑动后外侧不形成隆起；（3）滑动后堤体内侧至滑动切入点之间形成一平面；（4）滑动后，有时会留下与原堤体轴线平行的一段堤体［3］。

通过对地形测量平面图（图6）和各滑动断面水深图（图7）及现场数据分析，可以总结此次堤体滑移具有以下特点：（1）滑动后堤体轴线为一折线；（2）滑动后内侧未找到滑动切入点，外侧未找到滑动溢出点；（3）滑动后堤体内侧为一平面，且有砂棱体存在；（4）滑动后在滑动段中间位置形成一段仍与原堤体轴线平行的堤体；至此可初步判断此次滑动不符合圆弧滑动的特征。此次滑动应为沿底层砂棱体表面发生的平滑，中间位置先发生平滑，两侧堤体在中间堤体的牵引作用下发生滑动，由于中间堤段和两侧堤段存在滑动位移的差异，在中间堤段两侧发生剪切作用，并最终在滑动距离最大堤段两侧形成对称的两处缺口。

分析滑动原因为，滑动时正值大潮时期（阴历9 月16 日），晚上22：30 分为最枯潮，潮高为81 cm，而当天最高潮位为372 cm，最高潮和最低潮相差291 cm。由于潮汐作用导致堤体内外产生较大水位差，而滑动段处于整个区域的阴角位置，且距离排水口较远，退潮时，海水排出不及时，堤体内外产生极限水位差，堤体在内外水位差的推力作用下，沿底层砂棱体表面发生平滑［4］。

图8 （S0+150）断面深层水平位移曲线图Fig.8 Horizontal displacement of deep soil (S0+150)

4 监测结果分析

滑动段内S 0+150 处设有一监测断面，通过对10 月30 日之前的深层水平位移监测数据的分析［5］（图8），可以看出，堤体滑动前一段时间，深层水平位移变化量较小，在5 mm/d 的限差范围之内［6］，此事实可说明堤体发生滑动时，滑动前深层土体并未发生大的变化，以此可认为深层土体在滑动前并未发生过大塑性变形，深层土体是稳定的，此结果与地形测量结果所得到的结论相吻合，说明地形测量所得结论是合理的。

5 结论建议

通过对妈祖经贸园外围海堤工程滑动后的地形测量，通过对地形数据的分析总结，正确的判断了此次滑动的滑动类型，确定了滑动原因，为下一步制定正确的施工补救措施提供了可靠的数据资料。用地形测量的方法进行海堤滑动勘察方法实用可行。通过对此次海堤滑动的勘察分析，在下一步的充填袋结构海堤的施工过程中提出以下建议［7-8］：

（1）将排水口设计成上下多排的形式，可通过开、堵上下排水口，随施工进程调整排水能力。

（2）由于工期较长，下层充填砂棱体和上层充填砂棱体存在较长的施工间隙，在上层充填砂棱体未施工之前会在下层充填砂棱体上淤积一层薄泥。造成两层砂棱体之间的摩擦系数降低，增加滑动的可能性。建议在下一步的施工中，在上层砂棱体未施工前先采用水冲等方式将下层砂棱体上的淤泥层清除掉。

（3）如果充填砂棱体的充填料含泥量较高，应适当延长两层砂棱体施工的间隔时间，待下层砂棱体充分密实后，再吹填上层砂棱体。

（4）外侧护面及时进行护面土工布铺设和进行抛石反压。

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