塑料排水板在堤基工后沉降量中的应用

韩志卫

（福建兴禹建设工程设计有限公司，福建泉州362000）

1 工程概况

罗源湾开发区松山片区大、小获片防洪排涝工程作为项目区填海工程的配套工程，工程治理范围为罗源湾松山片区大、小获片区（包括台商投资区A片区、B片区）。本工程项目区防洪标准50年一遇，排涝标准20年一遇。工程新建堤防总长15619m，其中大获溪新建防洪堤11374m，小获溪新建防洪堤4245m；新建3座水闸，2座泵站，1座排涝箱涵。

本文主要针对工程中新建堤防淤泥堤基段采用塑料排水板进行基础处理的成果进行分析。

2 堤基地质状况

工程区位于罗源县松山镇，地貌上属丘陵、海湾滩涂与滨海地貌单元连接地带。根据钻孔揭露，场地岩土体类型自上而下划分为：

（1）淤泥质填土①-1厚度0.30～4.00m，素填土（填筑土）①-2厚度0.80～2.60m。

（2）黏土②层厚度0.40-2.50m。

（3）砾卵石③厚度2.70～9.90m。

（4） 淤泥④厚度0.80～34.80m，砾砂④-1厚度0.70～4.00m。

（5）粉质黏土⑤厚度0.40～13.20m，中砂⑤-1厚度0.80～3.20m。

（6）砾卵石⑥厚度7.3～24.0m。

（7）残积砂质黏性土⑦厚度4.20m。

（8）全风化花岗岩⑧厚度2.60～10.10m。

（9）强风化花岗岩⑨最大揭露厚度8.70m。

本文主要研究下游深厚淤泥段，在小获溪XH0+650m起中下游段及大获溪DH1+000m起中下游段堤线堤基浅层分布有较厚的淤泥层，分布厚度10～30m，最大达34.60m，工程性能差，承载力低，抗剪强度低，压缩性大，需固结时间长，在堤身加荷较快时，堤基变形量大，易产生滑动破坏。

较厚的饱和软弱土层，长期浸水时，不利于软土产生较快的排水固结以提高其抗剪强度。该土层与建筑物基底的摩擦系数较低，在巨大水平力推动下，尤其是堤岸后侧高填方造地地带，沿着软弱夹层面较易发生堤岸挡墙的表层或深层滑动。

本次采用地基处理或对堤段严格控制加荷速率，逐级加荷，并加强沉降观测。

3 堤防断面设计

根据项目初设报告，大获溪桩号dhx0+700~6+915段及小获溪桩号dhx0+500~2+500段，断面采用复式斜坡断面，迎水面坡度采用1∶2.5，在4.5m以下格宾石笼护面，4.5m以上换填50cm厚种植土，三维土工网垫，草皮护坡。堤顶宽6m，并设置防浪墙，堤顶采用透水砖铺设，背边坡≥1∶2开挖或夯填与地面相接，如图1。

图1 堤防断面设计

4 塑料排水板基础处理

根据工程需要及建设工期的进度安排 （总工期36个月），要求堤防在建设过程中及完建后满足稳定要求，完工后沉降控制在50cm内。

4.1 基础处理方案

4.1.1 软弱土层

根据堤防断面及堤基地质情况，针对地基中存在的软弱土层，采用堆载预压、真空预压、换填垫层（抛石挤淤）或复合地基（水泥土搅拌桩）等处理地基。

4.1.2 深厚软土层

对于深厚的软土地基采用排水固结法进行加固，从技术和经济考虑，塑料排水板方法经济、有效、可行，较为适合本工程的地基处理，

4.1.3 堤防

主要是对基础进行加速固结，提高抗滑指标，基础处理采用砂垫层+塑料排水板方案，即打设塑料排水板堆载预压加固软土地基。

本工程下游段堤防地基沿线均为深层淤泥，深度5～34m，工程堤防的基础采用打设塑料排水板处理+迎水坡抛石压盖结合处理，达到堤防的沉降控制、护岸整体抗滑稳定。塑料排水板采用梅花形布设布设，桩距1.2m，排距1.2m，排水板处理横向范围为堤防前后坡脚外侧各延伸5m，排水板打设要求严格参照JTS206-1—2009 《水运工程塑料排水板应用技术规程》，本次排水板打设按照地勘实测淤泥深度进行分段。

4.2 堤防沉降计算

大获溪（桩号dhx0+700）和小获溪（桩号xhx0+500）以下堤基采用堆载预压处理，同时打设塑料排水板，加速排水时间及基础淤泥的固结。此过程将产生较大的沉降量，分别对堤基采用塑料排水板处理和不进行处理堤基进行计算。

计算参考GB50286—2013 《堤防工程设计规范》、JTS206—2019 《水运工程塑料排水板应用技术规程》、DB33/T904—2013《公路软土地基路基设计与施工技术规范》等。

4.2.1 计算参数

本次地基淤泥指标，重度15.0kN/m3，直剪c=9.4kPa，φ=1.9°，直剪快剪cq=9kPa，φq=7.7°，固结不排水剪ccu=11kPa，φcu=13.8°，如表1，表2。

表1 淤泥④固结试验指标

表2 淤泥④压缩试验指标

4.2.2 断面及计算条件

（1）根据初设报告设计的断面型式及设计控制高程，大、小获溪取4个堤高的典型断面进行计算，分别为5，6，7，8m（实际堤高是变化的，所以具体施工时根据具体设计高程进行微调控制加荷）。本文主要选取8m堤高对应堤基34m深淤泥的典型断面进行计算，其他断面原理相同。

（2）根据相关软基施工及地勘报告成果，在淤泥上需要先进行基础处理再进行堤防施工，同时上部堤身严格控制加荷速率，逐级加荷，并加强沉降、深层位移监测。

项目拟定施工安排如下：堤高8m，分5次加荷。堤身加荷时间安排：

（1）第1次加荷至结束时间，即第1～4月份，堤身加荷土层厚度2m。

（2）沉降1月后，第2次加荷至结束时间，即第6～8月份，堤身加荷土层厚度1.5m。

（3）沉降1月后，第3次加荷至结束时间，即第10～12月份，堤身加荷土层厚度1.5m。

（4）沉降1月后，第4次加荷至结束时间，即第14～16月份，堤身加荷土层厚度1.5m。

（5）沉降1月后，第5次加荷至结束时间，即第18～20月份，堤身加荷土层厚度1.5m，加载结束。具体施工时可根据现场监测情况对施工时间进行调整优化。

本次计算总时间按照50a计算，即计算50a内的沉降量。其中施工期按照加荷20个月周期计算，超出20个月后为工后沉降量。

4.2.3 计算方法及软件

计算方法采用参考规范中的分层总和法 （淤泥压缩指标采用压缩模量）及相关固结度的计算方法。计算软件采用理正的《理正岩土计算5.5版》中复杂软土地基堤坝设计计算程序执行。

根据GB50286—2013 《堤防工程设计规范》，堤身和堤基的最终沉降量，按下列公式计算：

式中 S为最终沉降量 （mm）；m为修正系数，可取1.0，对于软土堤基，本次采用1.5；n为压缩层范围的土层数；e1i为第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比； e2i为第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比； hi为第i土层的厚度（mm）。

4.2.4 计算成果

防洪堤沉降量计算成果，如表3及图2～3。

表3 防洪堤沉降量计算成果

图2 设塑料排水板堤防

图3 不处理基础堤防

从图2，图3看出，采用塑料排水板处理地基，控制加荷速率等措施后，堤身沉降在施工期基本完成，沉降3.295m，竣工后堤身残余沉降（0.129m）很小；没有进行塑料排水板处理时，施工期沉降量仅0.497m，工后残余沉降量为2.004m，沉降量太大，对工程后期的运行非常不利，同时施工期增加的堤高不合常规。

上述成果为理论计算值，实际施工时，需要加强现场进行监测，并根据监测的实际参数进行推算，固结指标等，确定沉降量及相关参数，并适当合理调整施工安排。

5 结语

罗源湾开发区松山片区大、小获片防洪排涝工程采用塑料排水板进行堤基处理，可加快堤基的固结，减短沉降时间，同时提高了堤基的抗剪参数、承载力等强度指标，增强了堤身的稳定指标。