摘要：本文对小狮子口围垦海堤情况作简要介绍，着重分析了海堤滑动原因，得出的经验教训是：要求建设、设计、施工等单位，对软土地基筑堤的特性和规律有一个共识，认识和掌握堤基强度随着加荷逐渐变化的规律，是软土地基上筑堤的关键，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，才能使工程建设达到费省效宏的目的。
关键词：软土地基 海堤 滑坡 观测
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。