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小狮子口海堤的滑动原因与经验教训

发表日期：2005-04-06 浏览人数： 作者：宁波市水利水电规划设计研究院 � 来源：水利工程网　 评论条

     一、工程概况

 小狮子口工程位于象山港中段奉化市东南松岙乡境内，距奉化市大桥镇约50Km，距宁波市为70Km。小狮子口工程堤线全长1.96Km，围涂面积3360亩，流域集雨面积40.64 Km2，涂面高程为吴淞1.2~2.4m之间。本工程曾于1960年3月动工围垦，投资12万元，抛石4.5万m3，62年因故停工，现经多年淤积沉降，涂面增高，平坦，抛石基本与涂面持平。工程设计建设期3年半。海堤基础处理方案采用土工布结合碎石垫层，（0+500）设计断面如图1。

1、地貌特征：象山港属于强潮海湾；落潮流比涨潮流更急促、历时短、流量大，泥沙一般不落淤，整个象山港中部基本上以基岩海岸为主，径流含沙量较少，大部分泥沙由潮流挟沙落淤形成，因此工程所在地属微淤涨型海涂地貌。

 2、地基条件：海堤地基属第四系地层，为海相沉积为主的软土地层，可分为三层：

 第Ⅰ层淤泥~淤泥质粘土：天然容重为17KN/m3，天然含水量为54%，空隙比为1.5，呈饱和流塑状态，出露于整个涂面，层厚0.9~3m。

 第Ⅱ层灰色淤泥：天然容重为16.2KN/m3，天然含水量为65%，空隙比为1.8，呈饱和流塑状态，高压缩性，层厚3.2~6m。

 第Ⅲ层灰色淤泥~淤泥质粘土：天然容重为17KN/m3，天然含水量为57%，空隙比为1.7，呈饱和流塑状态，层厚>9m。

 显然，本工程地基均为软土层，承载力低，抗剪强度低，渗透性能差。

 海堤地基土层物理力学性指标见表1。

3、对地形地质条件评价：从地形上看：海堤地形从狮子山逐渐向黄岩山升高，约以0.6%坡率递增，颇有规律；从地质上看，海堤土质均为软土层，地层性质变化不大，从地质指标看狮子山逐渐向黄岩山地质变好。

二、两次滑动情况与原因分析

 1、两次滑动情况：第一次滑动发生在黄岩山段海堤1+390～1+650堤段。当石坝高程从4.0m加高到5.3m时，石坝顶宽5.0m，靠外海侧沉降20cm，内侧土石交界处沉降80～90cm，堤顶向内倾斜，外海涂面隆起20～40cm，范围5～10m；第二次滑动发生在0+820~0+950，当浆砌直墙从6.3m加高至8.0m，内坡土方从6.3m加高至7.5m时，石坝顶宽5m，土石交界处最大沉降1.5m，轴线最大外移90cm，地梁沉降30~50cm，斜坡由1:4变为1:10左右，外海涂面隆起20~50cm，范围5~15m。


                                小狮子口海堤地基土层物理力学性指标表                     表 1

 

堤段名称

土层

 

编号

土 层 名 称

含水量ω

(%)

重度

r

KN/m3

液限ωL

(%)

塑性指数Ip

(-)

孔隙比

e

(-)

压缩

系数α

Mpa-1

固结系数

Cv

Cm2/s10-4

直快剪

直固快

天然十字板强度 (Kpa)

S0=Cu+λZ

Cq

(Kpa)

Φq

(O)

Ccq

(Kpa)

Φcq

(O)

黄岩山

Ⅰ

淤泥~淤泥质粘土

53.1

17.2

42.2

22.1

1.47

1.59

6.93

7.85

2

14.1

11

S0=3.03+0.78Z

Ⅱ

淤泥

65.4

16.2

49.8

24.7

1.83

1.96

7.19

4.85

2

13.6

11

Ⅲ

淤泥~淤泥质粘土

57.6

16.9

45.7

23.3

1.65

1.74

7.00

4.87

3

9.5

11.1

中间段

Ⅰ

淤泥~淤泥质粘土

55.1

17.2

44.9

23.3

1.52

1.39

6.52

4.00

2.3

7.8

9.5

S0=2.76+0.81Z

Ⅱ

淤泥

63.9

16.4

49.3

24.3

1.77

2.15

6.05

2.02

3

9.4

9.5

Ⅲ

淤泥~淤泥质粘土

57.2

17.1

45.3

23.3

1.58

1.17

6.99

3.62

2

10.6

10

狮子山

Ⅰ

淤泥~淤泥质粘土

54.9

17.0

44.2

22.1

1.51

1.24

8.04

3.50

2

11.1

10.5

S0=3.02+0.72Z

Ⅱ

淤泥

67.5

16.2

50.2

24.6

1.W89

2.30

6.61

4.75

1.5

8.8

10

Ⅲ

淤泥~淤泥质粘土

54.6

17.2

46.4

23.1

1.51

1.49

6.99

2.45

2.0

6.3

11

2、滑动原因分析：经过断面测量，查看施工纪录，对照施工加荷速率与设计加荷速率，如表2。

 

 

             施工与设计加荷时间比较表              表2

桩     号

设计加荷时间

施工加荷时间

提前工期

1+390~1+650土方

石方

330天（0.9年）

480天（1.79年）

290天（0.79年）

455天（1.16年）

40天（1.3个月）

25天（0.8个月）

 0+820~0+950土方

石方

820天（2.25年）

1100天（3.1年）

640天（1.75年）

970天（2.66年）

180天（6个月）

130天（4.3个月）

 首先，对第一次滑动，施工加荷与设计基本接近，从补勘地质资料看，滑坡段地处古河道，实际地质强度比设计略微偏弱，使海堤在施工过程中处于临界稳定状态，是发生滑动的主要原因。从表2可见，第二次加荷施工比设计工期提前4～6个月，由此判断加荷速率太快是发生滑动的主要原因。从理论上分析，软土地基上筑堤，地基强度随着荷载的增加而逐渐变化的状态，可用下式来描述：

S=S0+ΔSc-ΔSt

式中：S0------天然地基的抗剪强度；

     ΔSc-----由于地基固结而增长的抗剪强度；

     ΔSt------由于剪应力引起抗剪强度的衰减；

     S---------软土地基随着荷载的增加而变化的抗剪强度。

 由上式可以看出：地基强度随着荷载的变化，有可能增长也有可能减少，若欲使地基强度随荷载的增加而增长，必须充分认识并掌握其变化规律，具体地说欲使ΔSc增长快些而使ΔSt为最小，则应采取排水垫层或PVC排水板等地基处理措施，给地基创造排水固结的条件，同时应严格按照设计加荷曲线进行控制，始终使地基强度的增长与因加荷产生的剪应力相适应，这样地基也就稳定。否则，若加荷速率太快，致使加荷产生的剪应力超过了地基强度的增长时，地基就会产生局部破坏，甚至发生整体滑动。因此认识和掌握地基强度随着加荷而逐渐变化的规律，是软土地基筑堤的关键。

 其次，加荷方式和施工顺序不合理，也是发生滑动的原因之一。加荷方式要薄层轮加、均衡上升，一次加荷不能太高。施工顺序要先加足镇压层，后填筑堤身，先筑石坝，后填土方，要求土方比石坝迟缓一个施工期。实际施工采取闭气土方与石坝同时进行，一次加土高度超过1.5m ，第二次滑动就是这样造成的。

 以上所述的原因均为滑动的外因，滑动的内因是地基地质条件差。

 3、补强措施：对第一次滑坡已于1998年3月，实测了海堤断面，并进行现场十字板和静力触探试验。根据实测资料对若干断面进行分析计算，对设计断面进行调整和补强。

对第二次滑坡采用加固方案为外海增加抛石19米（共37m），基础采用一层土工布，径向抗拉强度60KN/m，地梁高程3.9m不变，镇压层抛石高程按3.5m控制，镇压层外侧斜坡允许按自然坡度抛填，要求滑坡段汛期后进行直墙修复处理，斜坡恢复。要求施工严格控制加荷速率，对6.5m高程以上一次坝顶堆石加荷厚度不应大于50cm，并有一定的停荷时间（30～60天），断面沿线应均衡上升，加荷过程应加强观测，一旦发现沉降异常（日沉降大于10mm），立即停止加荷，确保海堤安全。

该工程已于1998年11月下旬顺利地堵口合拢。目前海堤高程基本上达到设计高程，滑坡修复正在进行中。

 三、经验教训

 1、关于地基处理方案：从垫层处理软土地基的理论和工程实践经验看，垫层法对不同软土厚度的效果大相径庭，即对较薄软土层的排水固结效果显著，而对较厚软土层的排水固结效果就差的多。而且对堤坝的稳定而言，软土层的厚度比坝高的影响更大。

根据小狮子口的实际情况，海堤的全线若能采用PVC排水板处理方案要稳妥得多。由于小狮子口工程在60年曾进行大量抛石，且海堤轴线无外移可能，因此我们设计时只能采用碎石垫层加加筋土工布进行地基处理。当然，采用PVC排水板方案，也要控制加荷速率，不然也要发生滑动；采用垫层方案，只要按照设计要求控制加荷速率进行施工，也可取得满意结果，两者都有工程实例。

2、加强施工观测：在山区水库软土地基上筑坝的观测设备，有边桩位移、沉降管、及孔隙水压仪，而且在观测、分析、指导施工方面都积累了许多宝贵的经验。但对数公里长的海涂上筑堤来说，上述观测手段有诸多不便。只好采用按设计加荷速率曲线，同时配合沉降观测，来指导施工。建议今后在海堤建设中应同时观测边桩位移与沉降，两者配合观测才能真正达到控制加荷速度的要求。

观测指标：位移量每日小于4mm；沉降量每日小于10mm，以两个桩连续两日位移量不超过8mm，沉降量不超过20mm为准。观测时间：施工期每日一次，停荷期每三日一次。

观测要定人员、定仪器、定时间，连续观测，观测资料要及时分析，以观测成果来指导施工，控制加荷速率。

此外也应特别强调：施工机械随着社会技术经济的发展而更新换代，运输工具以往用手拉车、胶轮车，现在都用自卸汽车，对软土地基筑坝，最好采用1～3吨小型自卸车上坝，既灵活又轻便，切忌采用10吨以上的大型汽车上坝，以控制运载工具来控制加荷速率。

3、按照客观规律进行施工：眼下建设发展速度很快，各种建设工程如雨后春笋般涌现出来，令人赏心悦目，但遗憾的是很多工程往往赶进度抢时间，以提前竣工为荣，在一些工程项目的施工中，为了一个什么目标，比如参加什么庆典、献礼之类，就违背客观规律，人为改变工期，只求进度，不顾质量，导致重新返工，特别是在软土地基上筑堤坝，由于加荷过快，致使堤基滑动，造成人力、物力、财力上的浪费。克服这种现象，关键在于要尊重客观规律，倡导实事求是。

总之，由于软土地基的强度很低，当前我们的地质勘探机具、测试设备及其一系列的技术手段都比较落后，加上经费、时间的限制等因素，很难使我们有限的资料完全符合实际情况，因此必须要求建设、设计、施工等单位对软土地基筑堤坝的特性和规律有一个共识，在建设过程中要配合默契，做到精心设计精心施工加上精心指挥，才能使工程的建设达到多快好省的共同目的。

 

金德钢，男，浙江宁海人，工程师，工学士，主要从事水利规划和水工结构设计。

[责任编辑:yeguiren]

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