张扬
天津市海堤管理处 天津 300456
摘要：地面沉降引起海堤下降，加剧风暴潮灾害。尽管天津市当前已开展了沿海地面沉降监测和分析，但对海堤沉降监测薄弱，没有过专门的分析和预测。随着滨海新区港口经济的快速发展，制定科学合理的海堤沉降监测方案，预测海堤沉降量，成为了提高风暴潮防御能力的工作目标。
关键词：海堤；沉降；防潮
一．天津市海堤基本情况
天津市海堤北起河北省涧河口，南至大港沧浪渠入海口北堤，全长139.62公里。海堤沿线有海滨高速、中新生态城、天津港、临港经济区、大港油田、天津南港工业区等大型功能区和开发项目。海堤按照一般段20年一遇，重点段50年一遇标准治理。多数堤段采用允许越浪“三面光”型式，部分堤段采取土堤结合防浪墙、悬臂式防浪墙、土堤结合生态护坡、路堤结合等型式。
二．天津市海堤周边地质地貌情况
（一）海堤地貌情况
天津市海岸带位于华北平原的东北部，地处渤海西岸，海河流域的尾闾，是海陆交互作用强烈的地区。总的地势由北、西、南向渤海湾中部倾斜。
海岸带地貌基本特征是：以堆积地貌为主，物质组成以粉砂含黏性土、细砂等细粒物质为主；地貌类型具有弧形带状分布的特点，其年龄自陆地向海有逐渐变新的趋势；陆地堆积平原平坦广阔，河渠纵横，洼淀众多，河道迁徙频繁，古河道遗迹显著，是典型的低平粉砂淤泥质海岸。
（二）海堤及周边地质条件
天津海堤位于华北平原北部海冲积平原，地貌特征为滨海低地、海滩。地势低平，海相与陆相交互沉积地层。大部分海堤工程及防潮设施处于潮间地带。天津海堤地层均属于第四纪全新统和上更新统，按地质成因主要分为十个地质成因层，层深为-120m。
三．造成海堤沉降的主要原因及诱因
（一）自然因素
1.欠固结地层的自然压密原因
欠固结的地层表征土层的固结状态尚未达到现有自重荷载作用下的最终固结状态。该类地层在自重应力下，缓慢固结变形，导致微量的地面沉降。滨海新区是我国典型的软土地区之一，其成因类型主要有：浅海相、滨海相、泻湖相等，空间上，主要分布在第一海相地层中，岩性为淤泥及淤泥质土，主要特征表现为高含水高压缩性、低强度、欠固结。为监测软土沉降变形规律，在塘沽、汉沽、开发区、临港工业区等分层标组中均建有软土层监测标，由长期监测资料分析，滨海地区欠固结的地层（主要是指第一海相层）在自重压力下的自然压密量约1.0mm/a。
（二）人为因素
1.地下水资源开采
由于过量的开发地下水资源，开采量远超补给量，从而引起地下水位缓慢、持续大幅度下降，造成浮托力降低或消失，由于形成水头差，同时造成动水压力，相当于对地层施加了一定的附加荷载，使地层内部孔隙水被排除，孔隙水压力减少，有效应力增加，引起地层固结压密，最终导致地面沉降。随着水位的持续下降，固结压密持续进行，地面沉降不断发展。即使水位不再持续下降，或是回升的最初几年里，由于滞后效应，地层的固结压密还在进行，沉降持续发展，直到主固结完成，沉降才会停止。如果地层在长期的荷载作用下（长时间的水位下降）形成了次固结。即使水位停止下降，主固结完成了，由于次固结的作用地面沉降仍将持续若干年。
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2.地热资源开发
滨海新区大量开发明化镇组和馆陶组热储层中的地下热水资源，开发深度在500-2100米间，该层位地层原始状态下属于正常固结的地层，当超量开采地下热水资源，引起水位下降，如同开采地下水一样，会引起地面沉降。据最新研究表明，滨海新区地区热水开采引发的地面沉降速率5～6毫米/年。
3.油气资源开发
国内外资料都已表明，开采油气资源所造成的地面沉降也是不可忽视的。如美国威明顿油田、委内瑞拉等国的油田都造成了严重的地面沉降。国内的大港油田、任丘油田等也产生了一定量的地面沉降。大港油田位于黄骅坳陷内，黄骅坳陷是在华北地台冀豫台向斜基础上发育起来的古近纪盆地。黄骅坳陷内，原始状态下，2500米以上地层是正常固结的，2500米以下则分布有欠固结的地层，所以开发油气资源也会对地面沉降产生一定的影响，但由于深部地层固结程度较好，沉降速率较小。
4.围海造陆工程
随着社会经济的发展，围海造陆工程在滨海新区进展迅猛。近几年临港经济区、南港工业区、东疆港等，都是大面积的围海造陆工程。这些围海造陆工程，不仅填土本身要进一步固结压密，同时作为一个大面积的荷载对下部地层造成影响，产生压缩变形。下部的软土地层受其影响将产生明显的压缩变形，引起地面沉降。另外，下部的地层特别是软弱土层在填土荷载的长期作用下，有可能产生次固结变形，使地面沉降持续发展。填土区地面沉降速率较大，1988年为了开发滨海地区，普遍填垫了1.5-2.5m的填土，初步估算软土层主固结完成时间为3-5年，前5年软弱土层压缩变形速率为30毫米/年左右，后10年软弱土层变形以次固结为主，平均压缩变形速率为13.3毫米/年。
5.沿海高速及跨海大桥的荷载
沿海高速和跨海大桥的路基和桥桩以及长期的重型车辆通行对地基的荷载，使地基固结压密，造成了一定的地面局部沉降，特别是沿海高速的路由会更加明显。
四、海堤沉降明显堤段现状情况分析
（一）沉降最严重堤段情况分析
近六年来海堤沉降最严重的两处为新港八号路和白水头，两处的共同特点为：长期有重型车辆行驶，堤身附近均存有基坑。由于新港八号路段海堤变成东疆港区交通口门，以及受北大围埝和东疆港区的双重围海造陆影响，近年来沉降速度较明显。而白水头段海堤由于受到油气开发和地下取水影响，2006年单年沉降值为各观测点最高71mm，但由于近年来油气开发和地下取水的减少，沉降速度正处于逐年变缓的趋势。
（二）无人为原因沉降严重堤段情况分析
对八一盐场吹填段和开发区市政排闸两处两处无明显人为工程及坑洼的堤段进行分析，两处近六年沉降数据分别为106mm和107mm，年沉降频率无明显起伏，由此可以估算出海堤自然沉降的年沉降速度约为17.7mm。造成沉降的自然原因应为地层自然压密。
3.沉降情况逐年严重堤段情况分析。
沉降情况逐年严重的堤段为双桥段和临港经济区段，双桥段由于长年临海，背水侧紧邻鱼池、取土基坑，给海堤的稳定性及沉降带来了一定的影响。临港经济区段由于受到围海造陆工程和沿海高速的双重影响，近年来沉降速度较为明显。在沿海高速修建路基过程中，使得此段海堤沿线表层地质密实过快，也是造成此段海堤高程降低主要原因。
五、减少人为造成防潮工程沉降的主要措施及意见
（一）减少围海造陆工程的修建：围海造陆工程施工形式基本为真空预压和土方回填两种形式。真空预压会使地层密度加大，造成地面高程局部降低。海域及土地管理部门在涉及围海造陆工程审批前，应征求地面沉降管理部门意见，出台围海造陆工程管理的相关规范，对围海造陆工程的面积和施工过程按规范控制。
（二）沿海取土工程管理规范化：在取土工程批复的工程中，应汇总地质方面的专家进行土质查勘，根据不同土质规定取土深度，并在取土过程中严格监管，对影响海堤沉降的土坑应向管理部门申请专项资金回填土方，保证海堤的结构稳定。
（三）沿海地区地下资源规范开采：天津海堤周边涉及油田开发、地下水开采、地热资源开采等项目。其中油田开发和地下水开采并无相关的回灌程序，所以相对地热资源开采对海堤的影响较大，应根据地下资源的开采能力，社会的整体发展目标，结合堤防沉降的现状和趋势，全面制定地下资源持续利用规划，对地下资源进行系统管理、优化开采、人工回填、稳定水位是防止沿海地区地面沉降的有利措施。
论文作者:张扬
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/18
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