深圳机场码头区海堤稳定性分析

胡荣华，龙 祁，陈敏华，余海忠

(1.中国铁道科学研究院 深圳研究设计院，广东 深圳 518034;2.郑州航空工业管理学院 土木建筑工程学院，郑州450015)

深圳市机场扩建项目拟建场地位于深圳宝安国际机场的西侧，珠江口伶仃洋东侧，现状为海域和鱼塘，近期工程填海面积接近10 km2[1]。除了需要大面积填海之外，拟建场地普遍覆盖5.0～12.0 m厚的海相沉积淤泥，必须经过软基处理后才能满足上部结构的建设要求，所以场地陆域形成(包括海堤的建设与填海)和软基处理工程是机场扩建项目的先导工程[1]。码头区位于场地的西南侧，抛石海堤已经围闭，吹填砂后西堤局部出现滑移[2]，因此需对围堰进行稳定性分析，其目的是在海堤围成的场区内进行软基处理，保证海堤的稳定安全。

1 工程概况

抛石堤已经围闭，码头区软基处理断面吹砂至高程1.5 m(吹填砂后西堤局部出现滑移现象)，填砂垫层厚1 m，铺填砂层，填土碾压至各块区的相应交工面高程(考虑预留沉降量)，填筑各块区相应厚度的预压填砂。海堤及场地剖面如图1所示。

图1 海堤及周边场地剖面(单位:m)

2 陆域形成与软基处理方案

2.1 陆域形成方案

根据材料的来源和工程的要求，采用吹砂、填砂(土)为主的陆域形成方案。陆域形成具体程序和方法为[1]:

1)抛石爆破形成海堤围堰;

2)海域由围堰围闭之后，抛石堤内侧设反滤层并铺设反滤土工布，海底泥面铺设土工布;

3)分层吹填砂，出水面之后振冲密实;

4)出水面以上部分，采用填砂和填土，通过振动压实至设计要求的密实度。

2.2 软基处理方案

码头区软基处理采用排水固结堆载预压法[1]。竖向排水体采用塑料插板，在既有海堤部位，考虑到插板施工困难，采用大直径砂井。海域场地，吹填砂层可作为水平排水层，但为了保险起见，在吹填砂层之上设置一层中粗砂砂垫层，专门作为排水层。抛石围堰属于透水堤堰，砂垫层内的水和外海连通，不设集水井，也不需要强制抽水。在现状鱼塘场地，设置盲沟和集水井，在预压期间进行强制抽水。

3 稳定性分析断面模型

3.1 典型断面及土工参数

根据文献[3]，图1断面中各土层的土工参数如表1所示。

3.2 淤泥土工参数取值

根据排水固结软基处理的原理，海堤内侧软基处理及堆载期间，淤泥层由于排水，强度会有所提高，在海堤稳定性计算时，要考虑海堤内侧淤泥强度增长的因素[4-5]。根据文献[6]，加载(场地加载情况见图 2)和预压过程中(固结曲线见图3)的强度增长采用下式计算

表1 土工物理力学参数

图2 围堤加载曲线

式中 S——淤泥固结强度;

ccu——三轴固结不排水剪黏聚力;

γ——淤泥重度;

h——淤泥自重对应的深度;

φcu——三轴固结不排水剪内摩擦角;

Δσ——淤泥上部堆载产生的应力;

U——淤泥的平均固结度，其可按 U=U0+ΔU=St/Sc+ΔU计算，其中，Sc为预留沉降量，St为实测沉降量;ΔU为现状堆载到满载施工期产生的固结度增量。

根据沉降板实测值，场地内实测沉降量平均值为0.889 m，固结度 U0=0.889/1.8=49.4%。

其中ΔU计算时，采用的参数为[1]:竖向固结系数Cv=4.50 ×10－4cm2/s，径向固结系数 Ch=5.00 ×10－4cm2/s，排水板间距1.0 m。根据现在加载所处时刻到满载时的固结度得到ΔU=20%。则U=49.4%+20%=69.4%。

图3 场地固结曲线

根据文献[6]，取海域淤泥强度指标为 ccu=6.7 kPa，φcu=14°，则场地内经过处理的淤泥强度为

设场地内经过处理的淤泥的等代内摩擦角为¯φcu，则

对比 S和 S等，有

据此，场地内已经过处理的淤泥强度指标可等效取为 ccu=6.7 kPa=10.5°。

此外，围堤底淤泥取相关十字板剪切强度平均值。根据文献[7]，得到

4 海堤稳定性分析

根据文献[1]与文献[3]，稳定性分析断面的选择如图4所示。

同时根据雷达测线得出的围堤断面[2]，与断面条件相接近的情况有以下几组:①J1，J2;②J3～J9;③J10～J12;④J13，J14;⑤J15～J17。

利用加拿大边坡稳定性分析软件GEO-SLOPE建立模型，采用摩根斯坦—普莱斯通用条分法计算最小安全系数。在进行临界滑裂面搜索的过程中，结合复合滑动面的方法，以得出更合理的最小安全系数。计算分析结果见表2～表4。

表2 断面最小安全系数(1)

图4 稳定性分析平面布置及断面选取

表4 断面最小安全系数(3)

上述5组断面情况的计算结果见图5～图9，每组选择一个典型断面列出图片。

图5 第一组断面J1稳定分析模型和临界滑裂面

图6 第二组断面J4稳定分析模型和临界滑裂面

图7 第三组断面J12稳定分析模型和临界滑裂面

图8 第四组断面J14稳定分析模型和临界滑裂面

图9 第五组断面J17稳定分析模型和临界滑裂面

由表2～表4及图5～图9，J13～J17断面(即0+215.8—0+787)的安全系数偏低，应对该段海堤进行加固，加固主要措施如下:

1)对于发生局部滑移的地方，首先回填至堤顶并在海堤外侧堤脚采用300 kg以上的块石加固。

2)对0+215.8—0+787段海堤堤脚进行直接加固，主要采用60～100 kg的块石加固堤脚。

深圳机场目前软基处理已经完毕，且已经开始部分上部结构的施工。海堤加固至今安全稳定，没有再次发生局部滑移现象，海堤位移监测结果也表明海堤侧向位移很小，表明加固效果良好。

5 结论

本文依托实际工程对卸荷板挡土墙进行了设计。得出如下几点主要结论:

1)海堤内侧与外侧的淤泥强度取值是海堤稳定性计算的关键，特别是海堤内侧的淤泥在软基处理范围内，其强度值与施工过程紧密联系，其取值应通过计算得到。

2)从稳定性分析结果看，J13～J17断面的安全系数偏低，建议对西段围堤0+215.8—0+787进行加固，并提出了相应的加固措施。

3)由监测结果可知，本文提出的加固措施效果良好。

4)本文稳定性计算的方法，以及提出的相应的加固处理措施，对类似海堤工程的设计与施工有重要借鉴意义。

[1]刘国楠，马驰，马凡刚，等.深圳机场飞行区扩建陆域形成及软基处理工程海堤工程(堤身及基础处理部分)(四标段部分)施工设计说明与图集[R].深圳:中国铁道科学研究院深圳研究设计院，2007.

[2]深圳市工勘岩土工程有限公司.深圳机场飞行区扩建陆域形成及软基处理海堤工程(堤身及基础部分)(四标部分)补充检测工程——测量、钻探及地质雷达检测报告[R].深圳:深圳市工勘岩土工程有限公司，2008.

[3]深圳市工勘岩土工程有限公司.深圳机场飞行区扩建陆域形成及软基处理油码头区岩土工程补充勘察报告[R].深圳:深圳市工勘岩土工程有限公司，2008.

[4]刘国楠，陈敏华，胡荣华.深圳机场扩建项目码头区海堤稳定性分析报告[R].深圳:中国铁道科学研究院深圳研究设计院，2008.

[5]何维山，柯洪，赵永刚.排水固结法在台州软土地基处理中的应用[J].铁道建筑，2010(5):87-89.

[6]中华人民共和国交通部.JTJ250—98港口工程地质规范[S].北京:人民交通出版社，1998.

[7]深圳地质建设工程公司.深圳机场飞行区扩建工程陆域形成及软基处理岩土工程勘察报告[R].深圳:深圳地质建设工程公司，2005.