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摘 要：沿海地区淤泥地基属高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度的软弱地基,地基承载力及抗剪强度低,工程地质条件差.软土地基处理是海堤的主要技术难题,对海堤的稳定安全性至关重要,地基处理费用高.目前,软基处理方式主要有PVC塑料排水板和爆炸置换法、桩基法等,上部海堤结构主要有土石实体结构、钢筋混凝土空箱结构等.各方案互有利弊,本文结合实际工程择优确定软基处理方式,并介绍了海堤设计中平均固结度、整体稳定、沉降等计算方法,为相关工程施工提供借鉴.
关键词：围垦；地基处理；塑料排水板；堤防设计
浙江东南沿海滩涂资源丰富,滩涂治理开发利用历史悠久.浙江自古以来开发利用的滩涂面积已有1千多万亩,拓展了约1/4的省土面积,其中中华人民共和国成立60年全省滩涂围垦面积已达300多万亩,大大拓展了浙江发展战略空间,提升了可持续发展能力[1].
浙江东南沿海一带多属高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度的淤泥软土地基,地基承载力及抗剪强度低,工程地质条件差.软土地基处理是海堤的主要技术难题,对海堤的稳定安全性至关重要,其建设费用占总造价的比例也较高.在淤泥及淤泥质黏土软土地基上修建海堤,在 1973年以前通常采用抛石自然挤淤和镇压层法,1973年开始采用砂垫层和镇压层法相结合处理软土地基,1983年后,加筋土工合成材料在软基上应用,1993年在舟山东港一期围垦工程中,首次引进PVC塑料排水板和镇压层相结合的地基处理成果,并获得成功.2002年爆炸置换法处理软土地基在浙江省洞头县北岙后二期工程西堤应用成功.目前软土地基处理主要采用 PVC塑料排水板和爆炸置换法、桩基法等方式,同时相应上部结构主要有土石实体结构、钢筋混凝土空箱结构等.这几种方案互有利弊,本文结合浙江省温州市瓯飞一期围垦工程（以下简称本工程）软基处理和海堤进行实例分析.
1 工程概况
瓯飞围垦工程规划围垦面积约42万亩,瓯飞一期围垦工程规划围垦面积约18.6万亩,一期围垦区近期作为农业用地,远期将作为城市建设用地.按照相应规范瓯飞一期围垦工程等别为Ⅰ等,主要建筑物挡潮海堤为 建筑物.本工程海堤主要由北堤、东堤、南堤组成,总长38.4km,涂面高程-1.00～-4.0m,堤顶高程8.0m.
2 地基处理方式比选
根据地质勘察报告,海堤地基为高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度的淤泥,工程地质条件差,为保证堤身稳定、控制工后沉降,堤基需进行处理.
目前,海堤地基处理的方法主要有塑料排水板法、爆炸挤淤置换法、水泥搅拌桩处理法、钢筋砼灌注桩处理法等方法.
水泥搅拌桩处理法和钢筋砼灌注桩处理法的成本很高,根据温州地区其他类似工程的经验,其海堤每延米投资通常要比塑料排水板法、爆炸挤淤置换法贵5～8万元.
塑料排水板法是在软土地基中垂直插入特制塑料排水板,通过缩短排水途径,加速地基土排水固结,使地基强度在较短的时间内获得增长.该法已在海堤工程中广泛应用,技术可靠成熟,但为了适应堤身堤基强度增长需要分级加载,历时较长,为了满足稳定要求,堤身断面要求较大.
爆炸置换法是在淤泥质软基中埋放药包群,起爆瞬间在淤泥中形成空腔,抛石体随即坍塌充填空腔,达到置换淤泥的目的.该法工后沉降小,施工进度快,地基处理效果好,但石方用量大.
虽然爆炸挤淤置换法在施工进度和工后沉降的控制上有一定的优势,但是其石方用量大,而且本工程的石料场距工程地较远,而塑料排水板法不仅对周围环境的影响较小,而且投资也省,随着技术的发展和设备的投入,其施工进度也越来越快,所以本阶段选择堤基处理采用塑料排水板法.
3 堤防断面
瓯飞一期围垦东侧海堤滩涂面平均高程为-4.00m,堤顶高程8.00m,长度为28.2km.海堤外坡自5.00m至堤顶8.00m采用C20细石砼灌砌块石挡墙,挡墙顶设防浪墙.2.00m至5.00m采用1∶3的斜坡衔接,其后设置40.5m宽缓坡镇压平台至0.00m高程,0.00m高程以下采用1:4斜坡衔接到涂面高程（-4.00m）,其中-1.50m高程处设宽8.0m的护底块石平台.外坡护面型式为干砌块石垫层加单块重量4t的扭王字块结构,保护范围自高程5.00m至2.00m平台高程,并向外海侧延长4.0m,2.00m高程以下至护底平台之间采用800kg大块石抛石护面.
海堤内侧抛石从高程6.00m的C20砼灌砌块石挡墙齿脚以1∶1.2的坡度至-1.00高程宽15m的抛石平台,再以1∶3坡度至涂面.采用当地海涂泥进行防渗闭气,闭气土方顶高程7.00m,顶宽1.0m.先以1∶3的坡度至4.50m高程处,并设宽度为13.0m的平台,平台以下以1∶20的坡度至1.50m高程,设19.5m宽平台,其中8.0m为子堤顶宽.子堤由抛石回填,外坡在-1.00m高程处设10.0m宽的平台,子堤堤顶和平台以1∶2.5的坡度衔接,平台和涂面以1：4的坡度衔接.堤顶内坡和1∶1.5的衔接至原涂面.
海堤断面结构如下图所示.
4 堤防设计计算
4.1 地基固结度计算
考虑分级加载影响,不同时刻地基固结度采用经修正的平均固结度.
a．瞬间加荷地基固结度计算公式
竖向排水平均固结度
z等于1－8π2∑∞m1m2e－m2π24Tv
Tv等于Cv·tH2
塑料排水板径向排水固结度
r等于1－e－8TrF(n)
Tr等于Cr·td2e
F(n)等于n2n2－1ln(n)－3n2－14n2
式中：n——井径比,n等于dedw；
de——塑料排水板影响范围的等效直径（m）；
dw——塑料排水板等效砂井换算直径dw等于2(b+d)π（m）；
t——固结时间（s）；
m——正奇数,m等于1,3,5,7,等；
H——竖向排水距离（m）.
b．瞬时加荷地基总平均固结度
rz等于1－(1－r)(1－z)
c．经修正的分级加荷时地基平均固结度
Ut′等于∑ntrz(t－tn－tn－12)ΔPn∑ΔP
式中：′t——分级加荷经修正后的t时间总平均固结度；
rz——瞬间加荷条件下的平均固结度；
tn－1、tn——每级加荷的起点和终点时间（s）；
△Pn——第几级荷载增量（kPa）；
∑△P——总荷载（kPa）
4.2 地基强度增长计算
荷载作用下,地基因排水固结强度得到增长.根据有效固结应力法,强度增长按下列公式计算：
Δτfc等于Utσztgφcu
式中：Δτfc——因固结产生的强度增长值（kPa）；
Ut——t时刻的固结度；
σz——地基竖向附加应力（kPa）；
φcu——地基土的固结快剪内摩擦角（度）.
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