广东省水利水电科学研究院，广东省岩土工程技术研究中心 广州 510635
摘要：随着城市的不断发展，沿海地区出现了较多的围海造田、造岛等工程。围海造田关键的技术在于如何保证吹填砂工程桩堤围的稳定。本文通过对吹填砂过程中对堤围稳定影响的原理分析，结合工程实际案例，提出了一些保证堤围稳定的措施和建议，以供参考。
关检测：堤围稳定 吹填砂
1、引言
从最早期的渔民人工填海养殖的围涂到现在出现在海中间的人工岛，人们的围海造田的行为一直不断的在进行，虽然有较多的反对理由，但是围海造田对我们农业、工业、国防等事业起到了重要的意义。尤其是港珠澳大桥的人工岛和南沙群岛中的几座岛礁，中国强大的填岛技术已震惊全世界。未来一段时间内,填海造地仍将为沿海经济发展战略的有效实施提供重要的保障。
无论是海边的造田还是海中间造岛，需要先在外侧建立堤围和排水闸，然后采用设备将砂石吹填至堤围内形成陆地。绝大多数围堤为土石结构，其迎潮面都设有抵御潮浪袭击的护坡，也有如港珠澳大桥人工岛采用的直径22米的大型钢护筒作为围护结构【1】。
2、吹填砂对堤围的影响
堤围的作用是将吹填砂中的砂和土留下，然后将水沿排水闸排出。一般来说，受河流及潮水的影响，海边地质多为淤泥土层和砂层，吹填砂对堤围的稳定会造成影响。通常的会使得堤围产生沉降、滑移破坏。如图1：珠海某工地吹填砂引起堤围变形。
图2：吹填砂对堤围稳定的影响分析
3、计算方法
根据上面的分析，吹填砂对堤围的影响主要是由于填砂引起土体中孔隙水压力增大，土体的固结度降低，土体有效应力减少所致。因此，吹填砂对堤围/围堰的影响分析关键是对填砂后土体的强度参数的确定。
填砂刚作用到堤后土体上时，下部淤泥层的固结度由于填土荷载引起的固结度变化按照公式（1）计算【2】为：
（2）
其中c、φ为吹填砂后土体固结度为U时的粘聚力和内摩擦角，c0、φ0为土体快剪试验的内摩擦角；cc、φ’为土体固结快剪试验的内摩擦角。
4、工程案例
广州市某船舶生产基地，为建设需要，需在现有堤防内侧大面积吹填砂形成建设平地。堤防地基土体自上而下分为第四系填土（Q4ml）、冲积土（Q4al）、残积土（Q4el）和震旦系基岩。其中冲积土层最上部为淤泥质粘土层，近代沉积而成，灰黑色，饱和，流塑状，具腥臭味，混有少量粉砂，含有机质及腐殖质等。厚度为1.40~11.90m，平均厚度4.50m。
其典型地质剖面如图3所示，其典型的地形如图4所示
图4堤围原状地形、地质剖面图
根据地勘报告，堤身下淤泥质土参数为：土体固结快剪试验的内摩擦角φ’ ＝13°，粘聚力C’=7.0 kPa,土体的快剪试验的内摩擦角，φ0＝6，c0=4kPa。由于堤身已建设多年，可假设堤身下部土体已固结完成。因此，对现状堤身稳定采用slpoe软件进行分析，可选用固结快剪试验参数进行计算。通过计算，对于堤身不同的位置，其安全系数为1.07~1.76。说明堤身目前是稳定的，但部分区域存在安全系数较低的问题，对于该部分区域，在吹填砂的过程中极易出现滑坡险情。
根据吹填砂高度要求，按照所有3.0m厚填砂一次性全部作用在堤后，刚作用到堤后土体上时，下部淤泥层的固结度由于填土荷载引起的固结度变化按照公式（1）计算，U=0.54.代入公式（2），可得到填砂后土体的内摩擦角φ ＝9.1°，粘聚力C=5.62。代入上述危险断面复核得，堤身的稳定安全系数为0.917。说明在填土过程中堤身已发生滑移，这是不允许出现的。
为提高堤防的稳定安全系数，保证堤防的安全，可通过以下办法来实现：第一、在堤脚抛石处理，提高堤身的抗滑能力；第二，减少吹填砂荷载对堤防基础土体的影响。
为减少吹填砂荷载对堤防基础土体的影响，可通过下面三种途径：1. 控制吹填速度，提高土体的固结度；2、插塑料排水板，加固土体的固结；3、堤后打搅拌桩，避免荷载作用于土体之上。
对于该工程，根据经济性和处理时间、效果等的综合比较，并征求甲方和堤防加固设计单位意见，加固方案建议采用堤脚抛石+堤后插排水板的综合处理措施。具体施工措施如下：（1）堤脚抛石，详见各剖面加固示意图；（2）根据塑料排水板的施工要求，插排水板区域要求先填筑1.0m厚中粗砂；（3）插塑料排水板，要求排水板穿透②-1淤泥质土层不小于1.0ｍ；（4）固结1个月后，采用中粗砂填筑至设计标高。其加固措施如图5所示。
图5. 危险断面加固处理示意图
5、结语
吹填砂对堤围的稳定影响主要是由于荷载引起下部软土的孔隙水压力增大，在段时间内无法消散，导致土体的强度降低。因此，保证堤防稳定的关键在于消散软土中的孔隙水压力，在吹填砂的过程中，一定要保证吹填速度，同时结合塑料排水板加快软土中水的排出。如需加快施工进度，也可以采用造价相对较高的反压措施。
参考文献
【1】王彦林等.港珠澳大桥外海人工岛快速成岛技术[J] 施工技术 2012.04
【2】国家标准：海堤工程设计规范(GB 51015-2014)
【3】中船集团广州船舶配套产品生产基地填土对大坝安全影响咨询报告。广东省水利水电科学研究院 2009.3
论文作者:乔有梁
论文发表刊物:《防护工程》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/25
标签：堤围论文; 堤防论文; 稳定论文; 荷载论文; 后土论文; 淤泥论文; 人工岛论文; 《防护工程》2017年第21期论文;