流泥层厚度对主固结沉降的影响分析

方子杰,姜建芳,张超杰

(1.浙江省水利发展规划研究中心,浙江 杭州 310012;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

海堤软土地基总沉降量包含瞬时沉降、主固结沉降、次固结沉降,理论计算中一般仅计算海堤设计断面荷载产生的主固结沉降,再乘以沉降经验系数作为地基总沉降量,应按式(1)计算:

Sc为主固结沉降,mS为修正系数。沉降修正系数依据相关规范规定取值[1-2],其中设计人员的工程经验不可低估,缺乏一个科学的、系统的选取依据[3-4]。海堤工程实际施工中,流泥层在海堤填筑初期阶段大多被挤出,相当于海堤建基面降低了流泥层厚度,海堤填筑层增加了流泥层厚度,第一层堤基压缩层减少了流泥层厚度。海堤建基面如以原涂面高程计算,则挤出产生的沉降可视为瞬时沉降,而压缩层厚度减小以及海堤填筑料替代原有流泥层都对主固结沉降产生影响,可见流泥层对主固结沉降量及沉降修正系数取值均有影响,而以往设计中一般未予以考虑。本文以海堤工程A为例,对流泥层厚度对主固结沉降的影响进行分析。

2 工程A概况

海堤工程A顺堤堤线长2 479.14 m,海堤采用直立式土石混合坝结构,涂面高程-1.00m,堤顶高程7.00 m,堤顶宽6.00 m,地基采用塑料排水板+土工布+镇压层的处理方法,塑料排水板间距1.30 m,深度25.00 m,断面示意见图1,地基土层见表1。图1中沉降板从左向右编号为T1～T8,表2为各沉降计算点在典型断面中的水平位置 (堤轴线处为坐标0点,向右为正,向左为负)。

图1 海堤工程A典型断面示意图

表1 海堤工程A地基土层表

表2 沉降计算点位置表

3 分层总和法计算基础

主固结沉降采用分层总和法进行计算,如式(2):

海堤工程A顺堤下卧软基计算厚度取100.00 m,计算分层厚度取1.00～2.00 m,土层e-p曲线见图2。

图2 海堤工程A的土层试验e-p曲线图

4 流泥层厚度对沉降的影响

现行规范中规定土体压缩层厚度取附加应力等于自重应力的0.2倍止,对于软土压缩层厚度取附加应力等于自重应力的0.1倍止。本次分析流泥层厚度分别选用0.00,0.20,0.40及0.60m进行分层总和法计算比较。表3、表4分别为取应力比0.2、0.1时不同流泥层厚度下的计算沉降表。

表3 应力比0.2时不同流泥层厚度计算沉降表 m

由表3可知,随着流泥层厚度的增加,各点沉降增量增大,流泥层厚度从0.00 m变化到0.60 m时,沉降增量为0.154～0.306 m,沉降增量分布规律为两端小中间大。

表4 应力比0.1时不同流泥层厚度计算沉降表 m

由表4可知,流泥层厚度从0.00 m变化到0.60 m时,沉降增量为0.150～0.286 m。

表3、表4中沉降未考虑流泥挤出产生的沉降量,即表中沉降未计入挤出的流泥层厚度。如计入该流泥层挤出引起的沉降,当浮泥层厚度为0.60 m时,堤中心点沉降约增加0.90 m,则2种应力比下沉降增量分别为原沉降量的32.38%和30.24%,均大于30.00%,可见流泥层对沉降的影响非常大,设计中应慎重考虑。

5 结 语

根据以上分析,可以得到以下结论:

(1)随着流泥层厚度的增加,表层沉降增大。本文实例中,软基计算深度取至应力比0.1时,流泥层厚度从0.00 m变化到0.60 m时,沉降增量为0.150～0.286 m。

(2)沉降计算时如计入流泥层挤出引起的沉降,当流泥层厚度为0.60 m时,堤中心点沉降约增加0.90 m,则应力比0.2与0.1下沉降增量分别为原沉降量的32.38%和30.24%,均大于30.00%,可见流泥层对沉降的影响非常明显。

(3)流泥层的厚度在沉降量诸多影响因素中举足轻重,以某围涂工程为例,抛石单价38.34元/m3,土方单价23.76元/m3,如果考虑流泥层,会使得沉降误差达到50 cm,则每1km就相差34 134 m3抛石、23 884m3闭气土方,造价就相差387.6万元,该工程11.6 km长海堤将因为流泥层的存在,造价就有4 000万元以上的差距。

(4)利用分层总和法推算理论沉降时,滩涂表面流泥层的存在对沉降计算结果影响不可忽视,设计时应充分考虑浮泥层的影响效应。

[1]中华人民共和国水利部.SL 438—2008海堤工程设计规范 [S].北京:中国水利水电出版社,2008.

[2]中华人民共和国水利部.SL 389—2008滩涂治理工程技术规范[S].北京:中国水利水电出版社,2008.

[3]王永和,李珍玉,胡萍,等.地基沉降修正系数的 Bayes概率推断 [J].岩土力学,2009,30(2):323-327.

[4]赵海燕,蒋华忠.关于路基沉降修正系数的计算方法探讨[J].公路,2011(6):5-8.