基于管理因素的堤防工程工后不均匀沉降分析

徐冯君

（浙江同济科技职业学院，浙江 萧山 311215）

0 引言

堤防工程能抵御沿海地区风暴潮灾害的侵袭。在我国沿海地区，软土分布十分广泛。软土含水率高，孔隙比大，压缩性大，抗剪强度低，固结时间长，且流变性显著。由于这些特性，软土地基上的堤防工程需进行软土地基处理以及沉降分析。根据堤防的特性和使用要求预测施工期和工后沉降，成为此类项目施工和管理的重要内容之一。

堤防工后沉降指堤防竣工验收后软土地基的固结沉降量，工后沉降过大，海堤防潮、防洪就达不到设计要求。软土地基处理中要解决的两个关键问题就是地基变形和地基稳定。对于深厚的软土地基，地基的沉降计算及工后沉降控制是该类地基处理的核心问题。由于软土的复杂性，对于软土地基的变形或沉降计算的准确性一般。目前，计算理论相对成熟，但设计和工程实际之间仍有差别。

本文结合现场实测原位观测数据与理论计算，充分考虑实际施工条件，对堤防工程全线的工后沉降进行分析。

1 堤防工程工后沉降控制现状

目前以理论计算为主，常见方法有：

1）采用平面应变有限单元法对海堤位移和地基强度的发展变化进行研究分析[1]。计算结果表明，在海堤地基固结过程中，随着土体有效应力的提高，土体抗剪强度相应增大，且上覆土层越厚，土体抗剪强度增长越大。计算结果与实测资料较为接近，验证了有限元模型及参数的合理性，对海堤地基评价有现实意义。

2）数学归纳法。根据施工期现场原位观测实测数据，分析堤身荷载作用下地基土体压缩沉降变化趋势，利用双曲线公式和指数曲线模型推算地基土体的工后沉降量，确保软土地基堤防的高程满足设计要求。分析表明，指数曲线模型优于双曲线模型[2]。

3）在室内试验和实测沉降的基础上，采用plaxis有限元软件对实际工程项目全过程施工进行模拟，采用粘性土弹塑性模型对堤坝沉降变形进行平面应变情况的模拟,与实测结果比较接近,并能很好地模拟工后沉降,解决由经验判断产生的较大误差。

4）建立基于MATLAB的BP神经网络-实时跟踪组合预测算法模型,并用原型观测数据对其进行校核和检验,最后将该算法结果与灰色理论中的GM(1,1)模型结果进行比较，对海堤工程工后沉降进行预测。

但是，上述理论计算都建立在理想条件下，结合勘察报告与原位观测成果，针对某几个沉降点和断面进行计算。而实际的堤防工程线路长，地基千变万化，前期勘察难以面面俱到。特别是海堤工程，施工周期长，政策处理难度大[3-4]。在潮水的作用下，四五年前的勘察结论可能与施工期的地基存在较大的变化。建设方和施工方的管理也是制约工后沉降的重要因素。

2 几个海堤原位观测数据分析比较

分析浙江沿海近几年的海堤原位观测的沉降数据可以发现，大部分沉降点位的实测总沉降量与理论计算值基本吻合，但不同断面，特别是不同标段的沉降量差异明显。究其原因，首先是地基条件不同，其次是不能全线同时加载。

对于建设和监理单位，存在政策处理的干扰。部分堤线可能施工条件理想，可按设计要求按部就班、分层填筑施工，在现场原位观测数据的指导下，辅以理论计算，工后沉降能有效预测和控制。而部分堤线由于政策处理、施工条件不理想等原因延迟开工，整个项目周期的中途甚至尾期才开始赶工，沉降难以控制，甚至存在地基稳定隐患。

对于施工单位，出于施工条件、成本控制等因素的考虑，施工过程中不能完全按照设计和规范要求合理安排全线同时施工，各施工段填筑厚度、分层填筑控制、间歇时间控制等差异较大，全线路工后沉降难以统一计算和控制。软基处理如果采取土工布、塑料排水板+碎石排水等方式，后续加载若不能及时跟进，会造成淤积，影响排水深度和速度，进而影响施工期沉降和工后沉降，与理论计算值也会形成差异。

由以上三个海堤工程的原位观测数据统计可以看出，同一个围涂项目，完工时全线不均匀沉降现象明显，最大差值达到140.4cm，排除地基条件差异等影响因素，施工不同步是主要原因。在荷载基本相同、设计高程相同的条件下，施工期沉降与工后沉降之和理论上应趋于一致。如果不一致或差距较大，工后不均匀沉降也很明显，个别断面在几年后甚至达不到设计高程，影响使用。

表1 各堤防项目实测沉降量统计表

图1 大嵩各断面总沉降量曲线（4年、7.9公里）

图2 洞头环岛西片各断面总沉降量曲线（4.5年、3.8公里）

图3 峙南各断面总沉降量曲线（3.5年、1.5公里）

3 工后不均匀沉降的影响

软土地基上部在初期加载时，沉降速度快，沉降量大，如果整个项目做不到平行加载，则施工期的沉降量差异巨大，堤顶高程很难达到完工时统一的验收要求。即使验收时能够做到高程统一，工后不均匀沉降也存在隐患。

施工期地基的总沉降量如果差别明显，全线地质条件又无显著差异，则对整个堤防的工后沉降有很大影响。一是延误工期，需等待施工进度缓慢造成沉降滞后的堤段稳定以后才能进行路面施工和绿化等面子工程；二是带来安全隐患，个别施工单位为了赶进度，会超载施工，造成地基孔隙水压力超标，影响稳定；三是工后沉降差异大，验收时全线高程统一达到设计要求，但运行期内不均匀沉降严重，一段时间后个别断面甚至低于设计要求，达不到防潮要求。

综上所述，软土地基上堤防工程的工后沉降，不仅受到理论计算方法的制约，在某些情况下，工程施工管理还是主要影响因素。如果不均匀、不同步加载现象严重，验收后一段时间内全线路会出现较大的不均匀沉降，既影响堤防的稳定、防汛防潮等规范要求，行车舒适度和美观性也达不到要求。

4 结语

对于软土地基上的堤防工程，施工期和工后沉降，目前的理论计算与实测值总量基本接近，但时间节点很难统一。原位观测单位、监理单位、设计单位、业主等各参建单位应把握全局，结合实测原位数据，理论计算实时修正，指导和督促各施工单位统筹安排，最大限度保证施工的一致性，确保在合理的工期范围内做到同时沉降，同时验收。确保堤防在相当一段时间的运营期内，工后沉降达到设计和使用要求，减少不均匀沉降，提高堤防的稳定性、使用安全性和美观性。