底部残余淤泥层对围堰稳定性的影响研究

罗文迪 杨海燕 杨传波 王 洋

(1.大连空港建设发展有限公司，辽宁 大连 116024； 2.济南城建集团有限公司，山东 济南 250000；3.山东省物化探勘察院，山东 青岛 266000； 4.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456)

底部残余淤泥层对围堰稳定性的影响研究

罗文迪1杨海燕2杨传波3王 洋4

(1.大连空港建设发展有限公司，辽宁 大连 116024； 2.济南城建集团有限公司，山东 济南 250000；3.山东省物化探勘察院，山东 青岛 266000； 4.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456)

以某围海造陆工程围堰为研究对象，建立了三维数值模型，分析了淤泥层存在对围堰稳定性的影响，研究结果表明，底部残留淤泥层的存在使得围堰与地基的变形出现了明显的不协调；存在底部淤泥层的围堰横向变形明显较大，围堰有整体滑动破坏的趋势；底部残留淤泥的围堰坡脚变形随上覆荷载增大而增长的速率要明显高于底部无淤泥的围堰。

围堰，淤泥，沉降变形，稳定性

0 引言

在围海造陆工程中，围堰起到分割工作区间、提供施工通道、透水挡泥的重大作用。在有淤泥层的海区，一般要求围堰底部要进行清淤，保证围堰的整体稳定，但是由于现场施工条件的限制及施工质量的监控不足，会出现很多围堰底部残留淤泥层的情况，残余淤泥层的存在，使得围堰的稳定性受到影响，当在上部荷载和后方堆载等不利情况作用下，会出现围堰的破坏失稳情况。类似事故在全国各地都曾出现过，不但直接导致财产损失，还显著影响了工程进度。

对于围堰的稳定，学者们开展了一系列的研究，董志良等[1,2]总结了我国围堰填筑的结构形式和施工技术，重点探讨了抛石围堰、沙袋围堰、复合型沙袋围堰等几种常见围堰的关键施工技术，张帅等[3]提出了按强度控制疏浚淤泥堆场围堰稳定性的设计方法，高峰[4]进行了滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测的研究，陈钦立等[5]分析了大面积围海造陆围堰工程技术国内外现状，并研究了其中的关键技术，范公俊等[6]对比了几种围堰施工技术在连云港滩涂区的应用。这些学者们的研究成果对提高围堰的施工水平，合理分析围堰的变形和沉降都起到了很好的推进作用，但是对底部残留淤泥层的情况讨论较少。

本文开展了底部淤泥层的存在对围堰整体稳定性影响的研究，分析了围堰在自重及外部荷载下的变形情况，对比了有无淤泥层存在对围堰稳定性的影响，研究成果对于类似工程问题具有指导意义。

1 现场情况及模型

1.1 现场情况

本文的研究模型取自某围海造陆工程的围堰。围堰顶部的宽度为20 m，深度为20 m，边坡比例为1∶1。围堰的主体结构为碎石土，其前方为挖泥的海域，后方为吹填形成的陆域。围堰所在区域原来有10多米厚的淤泥，在围堰建设之前，通过挖泥船将底部的淤泥进行了清理，但是由于淤泥层分布的不均匀及海上作业受风浪条件的影响导致淤泥层的清理并不彻底，在局部区域发现有淤泥层的存在。为了确定底部淤泥层存在围堰整体稳定性的影响，进行了本论文的研究和讨论。

1.2 模拟工况

根据有无底部淤泥的情况，分两种情况对围堰的整体稳定进行了分析，如图1a)所示的为底部残留2 m淤泥层的情况，如图1b)所示为无淤泥层残留，围堰直接建设在黏土层地基上。分别对围堰顶部施加不同大小的荷载(从80 kN到16 kN之间)，模拟围堰顶部的汽车荷载和其他附加荷载情况。

2 模拟结果分析

2.1 自重荷载下围堰的变形分析

如图2所示为围堰在自重荷载作用下沉降变形稳定后的截面变形云图，其中,图2a)为底部残留淤泥层的工况，图2b)为底部无残留淤泥层的工况。当围堰底部有淤泥层存在的时候，截面变形在淤泥层处出现了明显的不连续，这是因为淤泥本身的抗剪强度低，在受到竖向荷载作用时会发生较大的变形，从而使得围堰的变形与地基的变形出现了明显的不协调，显著的降低了两者的整体性，对围堰的整体稳定性产生不利影响。底部无残留淤泥的围堰，整个截面的变形较为连续，围堰及吹填淤泥自重引起的变形均匀的传递到地基中，围堰和地基的变形协调，可以视作有机的整体，围堰整体的稳定性有明显的提升。

2.2 外加荷载下围堰的变形分析

围堰可以承受一定强度的荷载，可以用作临时道路、临时堆场，但是其上覆荷载的强度需要核算。在受到上覆荷载的情况下，围堰的变形如图3所示，围堰的整体变形以向下的固结沉降为主，内侧受到淤泥的限制，变形有明显向外扩张的趋势。与自重荷载作用下的分析结果相似，淤泥层的存在明显降低了围堰和地基变形的协调性，底部残留淤泥层使得围堰底部变形有明显的“扩底”的趋势，无残留淤泥层的围堰截面变形呈现“倒锥形”。

图4结果为围堰顶部承受160 kPa荷载的情况下，底部有淤泥和底部无淤泥两种情况下横向变形的对比图，其中图4a)为围堰底部存在未清理干净的淤泥层，图4b)为底部不存在淤泥层。从图4中可以很明显的看出，底部不存在淤泥层的围堰外侧坡脚位置的变形没有明显异常，整体横向变形分布较为均匀。当底部存在淤泥层的时候，在围堰外侧的坡脚位置有非常明显的侧向变形，且整个截面中变形最大的区域即为坡脚的位置，说明在顶部荷载作用下，底部有淤泥存在的围堰已经产生了明显的整体滑动趋势，存在一定的安全隐患。

2.3 不同荷载情况下的变形情况

如图5所示为围堰坡脚底部监测点的位移随计算过程的变化情况，在围堰顶部无附加荷载仅在围堰自重影响下围堰坡脚底部的变形量趋于稳定的值分别是0.08 m(无淤泥)和0.12 m(有淤泥)，两者相差的绝对量较小，但是相对量却仍有50%的增长，说明底部残留淤泥层对无上覆荷载围堰的变形也有显著影响。

当上覆荷载作用于围堰顶部时，围堰坡脚底部监测点的变形量有明显的增大，可以看到底部存在淤泥的工况下，围堰坡脚的变形量增长速率明显更快，在160 kPa荷载作用下，坡脚处监测点的变形量达到了0.56 m，相较于底部无淤泥情况下的0.29 m，已经几乎增长100%，相比较于自重荷载作用下50%有了显著提升。

计算分析结果表明，底部淤泥的存在使得围堰的变形有明显变大的趋势，上部荷载的增加会导致围堰坡脚变形相对量和绝对量都有显著增加(见图6)。在实际工程中不能因为在填筑施工阶段变形量没有明显差异，就误认为底部淤泥的影响不大，在后期其他附加荷载的作用下，底部残留淤泥层就会对整体稳定性产生巨大影响。

3 结语

针对围海造陆工程中经常出现的围堰底部淤泥清理不彻底的问题，通过建立三维的模型进行研究，对比分析底部有、无淤泥两种工况在自重及外部荷载作用下的稳定性，得出的主要结论如下：1)底部残留淤泥层的存在使得围堰与地基的变形出现了明显不协调，显著的降低了两者的整体性，对围堰的稳定性产生不利影响。2)底部有淤泥存在的围堰横向变形明显增大，围堰的坡脚处是模型变形最大的区域，这说明围堰有整体滑动破坏的趋势。3)围堰坡脚处的变形受到上覆荷载的影响明显，底部存在淤泥的围堰坡脚变形随上部荷载增大而增长的速率要明显高于底部无淤泥的围堰。

[1] 董志良，张功新，李 燕，等．大面积围海造陆创新技术及工程实践[J]．水运工程，2010(10)：54-67．

[2] 董志良，刘 嘉，朱幸科，等.大面积围海造陆围堰工程关键技术研究及应用[J]．水运工程，2015(2)：168-175.

[3] 张 帅，黎 兵，唐 强，等.按强度控制疏浚淤泥堆场围堰稳定性的设计方法[J].水利水电科学进展，2008，28(6)：57-61．

[4] 高 峰.滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测研究[J]．岩土力学，2010，31(4)：1233-1237．

[5] 陈钦立，周定刚.大面积围海造陆围堰工程关键技术研究及应用[J].城市建设理论研究(电子版)，2015，5(25)：2206-2207.

[6] 范公俊，贾延权，王艳红.几种围堰施工技术在连云港滩涂区的应用[J].水利水电科学进展，2011，31(1)：62-65．

Study on the effect of remaining silt layer at the bottom of cofferdam on the stability

Luo Wendi1Yang Haiyan2Yang Chuanbo3Wang Yang4

(1.DalianHarborConstructionandDevelopmentCo.,Ltd,Dalian116024,China; 2.JinanUrbanConstructionGroupCo.,Ltd,Jinan250000,China; 3.ShandongGeophysicalandGeochemicalInstitute,Qingdao266000,China; 4.TianjinMarineTrafficEngineeringAcademy,MinistryofTransport,Tianjin300456,China)

Taking some cofferdam project as the research object, the paper establishes the three-dimension model, analyzes the influence of the remaining silt layer on the cofferdam stability, proves by the research result that the remaining silt layer can lead to the discordant deformation on the cofferdam and foundation, the horizontal deformation of the cofferdam of the layer is evident and the cofferdam has the trend of the whole slide, and indicates the velocity of the deformation of the increasing cofferdam bottom of the remaining silt layer is higher than the one of the cofferdam without the remaining silt layer.

cofferdam, silt, settlement deformation, stability

1009-6825(2017)05-0111-03

2016-11-27

罗文迪(1989- )，男，助理工程师

TU470.3

A