海岸富淤泥質土地區海堤修復監測分析

陳似海

摘要：海堤下賦存有大量淤泥質土的堤壩修復工程，會由于淤泥質土的復雜沉降導致海堤的傾斜、開裂甚至垮塌。為了有效地避免該類病害的發生，文章基于某海堤加固修復工程，提出了在海堤修復全過程及竣工后開展二維橫、縱向位移及海堤地基傾斜度監測的方法，并將海堤的變形規律反饋到施工部門，及時調整施工的交互加固方案。研究表明：海堤施工過程中其橫、縱向變形均表現為加固段中間大、兩端少的特征，且前期的變形速率明顯大于后期。該方法對實例工程的施工指導效果明顯，可為相似工程提供借鑒。

關鍵詞：海岸修復；淤泥土岸基；全過程監控；施工反饋

中圖分類號：U656.31+4 A 65 215 4

0 引言

濱海地區是海陸交接的過渡地帶，特別是江河的入?？趨^域，河流的水力坡降達到最低值，因而下游的水動力作用大幅度削弱，河流攜帶的大量泥沙在出?？趨^域沉積，導致其出?？趨^域的地帶形成扇形的沉積區域［1-3］。此外，河流中裹挾著大量的動植物殘骸及有機質，并在漫長的地質歷史時期中不斷變質、分解沉積，并與周邊的泥沙混合，最終形成具有高壓縮性、高含水量及觸變性明顯的淤泥質土甚至泥炭土，從而形成一套具有濱海相沉積特征的軟土層。而陸海交界的海堤，是保護內陸不受海浪侵蝕破壞，維護邊防的重要基礎設施。海堤屬于條帶狀構造物，隨著位置的變化，其下覆的地層除了含有淤泥質土等軟土之外，軟土的厚度及巖性會發生較大變化，并在海浪沖擊載荷及自重的作用下，極易誘發不均勻沉降等病害。

因此，為了有效避免修復或新建的海堤出現上述病害，探索保障海堤修復穩定性的方法具有重要的實用及經濟價值。為此，建設者及學者們開展了大量的實踐研究。其中，陳善民等［4］針對軟基土工布處理軟土海堤地基開展研究表明，土工布與土層面摩阻力作用明顯。徐少曼、丁榮祥等［5-7］研究了海堤地基處理的土工布力學特征，并確定海堤軟基處理的穩定性、強度及材料選取的方法。趙健等［8］采用真空堆載預壓的方法加固海堤，解決了加固中泥面易滑的問題。徐瑾瑾等［9］針對海堤可能遇到的高強風暴對海堤的動荷載作用，對海堤的加固方案進行優化施工，滿足在此工況下的加固施工。趙一晗等［10］研究了侵蝕海岸的海堤加固，并進行了模型試驗及理論分析，提出了海堤破壞是由于水深增大進而導致海浪沖擊動力增強所致。

綜上所述，當前的研究與實踐熱點主要是針對海岸的地基加固領域，而對于海堤加固全時段監測的研究鮮有提及。本研究依托某海堤加固工程，對海堤的橫、縱向位移以及海堤地基的傾斜程度進行全程監測，獲取海堤的變形特征并及時反饋到施工部門，及時調整施工方案，保證施工期間及竣工后的海堤剛度、強度及穩定性滿足工程要求。

1 海堤修復工程概況

1.1 工程概況

該海堤工程位于華南某沿海地區，于20世紀90年代開工興建，河堤全長12 km，采用塊石圬工砌筑。經歷將近30年的使用，海堤已經出現了局部的開裂、崩塌、傾覆甚至整段崩塌的病害。在K6+120～K6+727區段內共607 m的海堤已經出現嚴重的崩塌，同時該海堤向內陸方向300 m處擬興建一個超大型的臨海加工作業區，為避免工業區受海浪的侵擾，保證作業的安全，決定對該區段海堤進行修復加固。在K6+120～K6+727區段兩側的海堤相對穩定，還可發揮其使用功能，因此該工程主要是對K6+120～K6+727垮塌段進行拆除并重新修復加固。該加固段兩側的海堤保持原狀，并最終與修復段對接合龍，形成連續海堤。

1.2 場地工程地質概況

通過原有的勘察資料并結合此次修復工程的補充勘察結果。將該修復加固海堤所在場地進行地層劃分，并通過原位及室內試驗獲取該場地的各地層巖性特征，主要將地層分成4個大層共7個地質亞層，如下頁表1所示。

1.3 場地地質構造條件

根據現有資料及現場勘察結果，該海堤修復工程所在場地自全新世以來新構造運動的痕跡不明顯，沒有發現斷層、褶皺等構造活動的遺跡，表明該場地區域的穩定性及地層的連續性良好，沒有明顯的地殼抬升及沉陷的痕跡，地層的沉積層序較為連續，場地基巖以上的土層厚度較大，為13～36 m。根據現場測試顯示，場地的地震峰值加速度為0.05，推算地震烈度為Ⅵ度?？辈旖衣兜牡貙又?，未發現有具有易液化的粉砂及砂土層，依據抗震規范，推斷該場地不屬于液化地層。

2 海堤修復實時監測技術

2.1 實時監測技術概況

在淤泥質土地基上新建或修復原有公路路堤、護堤、擋土墻、河堤及海堤工程，由于軟基的沉陷作用，會造成上部構筑物的沉陷和歪斜。本研究提出的原位監測技術：在海堤修復加固的全過程及竣工后一定時間段內，分別采用全站儀、電子水準儀、基坑測斜儀測定壩體的橫、縱向位移及傾斜程度，并對所獲得的監測數據進行分析，獲取構筑物及地基的變形與時間變化關系，推斷海堤的變形發展趨勢，隨即反饋到施工作業部門，及時調整施工作業方案，保證工程安全、順利進行。

2.2 實時監測技術的實施

根據監測設計方案，對修復的堤壩開展原位監測測試，內容主要包含3種類型：加固的海堤堤墻豎向沉降位移、橫向水平位移以及海堤壩體及地基土體的傾斜度等3個內容，同一個監測點采用多點位同步監測，減少測試誤差，從而可以有效剔除異常值，保證監測的可靠性。

2.2.1 修復期間海堤的監測內容及頻率

針對海堤堤墻的特殊功用，其在建成使用的過程中，除了常年受到周期性海浪的沖擊載荷作用之外，由于其在地基土中，下臥有淤泥質不良軟基，極易造成沉陷、傾覆。因此，針對上述特征，對海堤的監測內容如下：

海堤外海側的第二級平臺監測內容：將電子水準儀預埋在修復堤壩的監測點，監測頻率是3次/d，即修復開始前、修復期間及修復后進行。當作業因故暫停時，第一周每天監測一次，第二周以后則每兩天監測一次，并獲取海堤堤壩的外海平臺縱向沉降位移變化特征曲線。

海堤堤墻作為擋水結構及抗海浪沖擊的結構體，要求在修復期間對其橫向位移展開監控。在修復砌筑作業期間，其監測頻率與縱向位移監測同步，同時獲取海堤堤墻的橫向位移變化特征曲線。

海堤地基及海堤傾斜度測試主要是監測加固修復期間海堤及地基的傾斜策程度，測試的儀器采用預埋在海堤堤身上的ABS測斜管，修復作業期間每天進行一次測試，間歇期第一周內每天監測一次，第二周以后兩天一測，并最終獲取傾斜位移變形曲線。

2.2.2 海堤修復完成后監測內容及頻率

修復工作竣工后，仍然需要對海堤進行一定時段的監測?？⒐ず蟮谋O測內容與修復加固期間的監測內容一致，但監測的頻率存在差異?？⒐ず蟮谋O測頻率調整為7 d采集1次，并連續采集12個月。最終獲取對應的監測數據曲線，即橫向位移-時間曲線、豎向位移-時間曲線及傾斜-時間曲線。

2.3 預埋監測點設置

海堤壩體共設計33個監測點，3組不同測試內容的監測點沿海堤平行分布，每組設監測點11個，單組測點間隔6 m設置一個。其中，縱向位移各監測點的編號分別為：H01、H02……H11；海堤向海測平臺需要設置11個橫向位移監測點，與海堤堤壩所設置的監測點在相同的里程位置，橫向位移測點編號依次為：V01、V02……V11。針對堤體及地基的傾斜監測，設置11個監測點，其位置與上述一致，其編號依次為：X01、X02……X11。

3 實時監控數據成果分析

3.1 縱向位移監測數據分析

通過匯總、整理一年內的監測數據如圖1所示，反映的是海堤堤墻11個測點的累積沉降總位移-時間關系。

由圖1可知，海堤堤壩的11個監測點上，其豎直的沉降大體呈現較為一致的規律：各測點沉降位移隨時間的增長而增加。其中，2022年1～6月，沉降速率達到最大；而在2022年6～12月的沉降速率則持續降低，并趨于0。主要是在修復砌筑的前期，砌筑材料自重壓力持續增加，加上堤體下的淤泥質土土體壓縮性高、含水量大、孔隙率高，砌筑過程導致淤泥質土發生較為明顯的沉降。此外，由于淤泥質土土體的固結時間較長，所以其沉降位移值也持續增加，并在固結完成后位移收斂穩定。同時，其前期的沉降速率較大，后期逐漸降低最終趨于0，其位移的增長也達到最大值。同時，監測豎向位移的11個測點中，位于加固段中部的H05、H06及H07三個監測點的沉降位移最大，其中最大沉降值位于H06測點，最大位移為83 mm。主要是由于加固段（K6+120～K6+727）內，受到兩端既有海堤的夾持作用，原有的海堤下臥淤泥質土土體早已完成了沉降固結，從而兩端及其附近的土體固結程度明顯大于加固區段中間的部位。因此，在11個測點中，中間的部分沉降明顯大于兩端，最大的沉降差值在14～16 mm。

監測數據如圖2所示，H01等11個橫向監測點的水平位移呈現出相對穩定一致的變化規律：隨著加固砌筑的推進，堤墻的水平位移持續增加，前期的移動速率較大，中后期位移速率逐漸衰減，在監測的后期逐漸趨于穩定。加固修復段中部位置的橫向位移值大于兩端，主要是加固段中部受到兩端既有河堤的影響相對較小，其橫向位移持續、快速地增長。兩端的橫向位移增長速率較小，其橫向的變形主要是受到下臥淤泥質土地基的差異性沉降作用。通過監測發現，該海堤的水平位移規律總結為：修復的前5～6個月，水平位移的沉降速率是最大的，6個月以后則逐漸放緩，增長持續到9個月后基本穩定，增量有限；而海堤加固段中間部分的水平位移較兩側大，差值最大的地方達到21 mm。

3.2 監測反饋的海堤變形治理措施

通過上述全時段監測成果的分析，在獲取海堤的縱向、橫向位移及傾斜位移的變化規律后發現，在2022年4～5月，堤壩的沉降速率較大，部分監測斷面的沉降速率一直不收斂，持續發展則會出現超出沉降的閾值。同時，在2022年5月，向海平臺測點的水平位移在H05、H06及H07出現臨界超限的狀況。根據這些變形規律，建議采用間隔的少量超前導管注漿的方法，對堤體下臥的淤泥質地基土體進行有限度的硬化，并繼續依據地基處理過程的監測數據，控制堤體的沉降速率，保證土體均勻沉降，使淤泥質土在規范要求的范圍內整體性地固結沉降。

4 結語

（1）采用實時監測的方法對淤泥質地基土海堤的修復過程進行全程監測，得到海堤的橫、縱向等位移變化規律，并及時反饋到施工部門，及時調整施工方案，控制堤體的變形，為海堤的順利加固修復提供有力的保障。

（2）在既有海堤中間修復或砌筑新的堤墻，地基中下臥有淤泥質土土體時，由于前期的吸水飽和作用，在砌筑或修復過程中，必然產生較大的沉降。同時，對于既有海堤附近的海堤加固，其臨近端變形較小，遠離端則較大。

（3）既有海堤的加固修復，需要關注加固過程中海堤自重堆載及后期海浪沖擊載荷的作用，這些作用極易造成海堤的過度沉降及水平傾斜等不利病害。在實時監控下施工，可以快速發現海堤地基的變形特征及發展趨勢，以保障施工的順利進行及提高修復工程的質量。

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收稿日期：2023-03-20