深厚淤泥爆破挤淤堤坝沉降计算与分析_徐学勇

增刊 2
徐学勇等：深厚淤泥爆破挤淤堤坝沉降计算与分析
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断面结构，如图 1 所示。
+5.0 m 18 m 6～8 m 18～20 m 淤泥、淤泥质粘土 下部持力层
护岸工程拟采用斜坡式抛石堤结构型式，护岸 顶标高 4.50 m，顶宽 8 m，外侧坡比 1:1.7，内侧坡 比 1:1.5，护岸外侧堤心石平台宽约 6 m，堤身落底 宽约 25 m ，原泥面高程-1.5 m ，堤身底界面高程 -22.50 m，爆破挤淤置换厚度约为 18.00～21.00 m。 护岸场址工程地质情况如下，层①淤泥：灰绿 色，饱和，流塑状，高压缩性，为拟实施置换处理 土 层 ， 层 厚 18.00 ～ 21.00 m ， 顶 板 标 高 -2.23 ～ -1.50 m，平均标高-1.78 m；含水率为 42%，孔隙 比为 2.051，塑性指数为 18.4，液性指数为 2.55， 黏 聚力为 13.0 kPa，内摩擦角为 4.0°。层②淤泥质黏 土： 褐黄色， 可塑， 中等压缩性。 平均厚度为 2.82 m， 平均标高-21.42 m ；含水率为 22.2% ，孔隙比为 0.827；黏聚力为 37.0 kPa，内摩擦角为 18.3°，平均 标贯击数为 9.7 击。层③含黏性土质砾砂：灰色， 松散～稍密状，低压缩性，平均厚度为 2.99 m，平 均埋深为 26.78 m，平均标贯击数为 14.1 击，力学 性质较好。层④残积黏土：褐黄色，铁、泥质胶结， 硬可塑状，中压缩性，原岩结构可辨，土质较均匀， 含铁锰质氧化物斑点渲染；全场均有分布，层厚 0.60～5.35 m，埋深较大，平均标贯击数为 20.5 击， 力学性质好。层⑤强风化凝灰质砂岩：褐黄色，青 灰色，紫红色，泥、铁质胶结，岩芯手可折断，裂 隙极发育。本次勘察中所有钻孔均有揭露， 未揭穿， 顶板标高-30.83～-24.60 m，标准贯入击数为 53～ 91 击。
图l典型的悬浮式堤坝结构fig1sketchsuspendedseawail工程实践表明17j落底式堤坝底高程落在强度较高的持力层之上工后沉降小一般只有几厘米悬浮式堤坝的底高程不能落到强度较高的持力层之上而是整体悬浮式于淤泥黏土粉土等软土层之中软土地基会持续发生固结沉降过程造成较大的工后沉降对堤坝结构整体稳定性造成潜在危害189j
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工程背景
惠州港兴盛油库（5 t 级石化码头）护岸工程泽
华石化仓储码头东南端起向东沿岸线呈折线分布， 全长 300 m，护岸工程平面布置见图 2。
泽 华 石 化 泽 华 码 头
3.2 -4.90 3.4 3.5 3.2 0.6 3.7 0.10 3.7 3.2 3.3 3.3 3.3 2.9 3.5 4.6 2.10 3.2 -2.10 -2.00 南护岸 护岸中心线 A A' 100 262.5 B 300 200 C
第 35 卷增刊 2 2014 年 10 月
文章编号：1000－7598 (2014)增 2－0364－06
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.35 Supp.2 Oct. 2014
深厚淤泥爆破挤淤堤坝沉降计算与分析
徐学勇 1, 2，陈国海 1，汪 稔 2，狄圣杰 1，杜文博 1
堤头抛填自沉断面 泥面
堤头爆后沉降断面 泥面
图 1 典型的“悬浮式”堤坝结构 Fig.1 Sketch of suspended seawall
工程实践表明 [7]，“落底式”堤坝底高程落在强 度较高的持力层之上，工后沉降小，一般只有几厘 米，“悬浮式”堤坝的底高程不能落到强度较高的持 力层之上，而是整体“悬浮式”于淤泥、黏土、粉土 等软土层之中， 软土地基会持续发生固结沉降过程， 造成较大的工后沉降，对堤坝结构整体稳定性造成 潜在危害[8
（1. 中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310014； 2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071）
摘
要：爆破挤淤技术在海洋围垦和潮汐电站等工程堤坝建设中发挥着重要作用，随着海洋工程的不断推进，堤坝修建需要
处理淤泥(软基)厚度在逐渐加深，在超过 12 m 的深厚淤泥中往往采用“悬浮式”堤坝结构，对该种堤坝结构开展沉降计算与分 析有着重要的意义和应用价值。以惠州港兴盛油库护岸工程为工程实例，分别采用传统沉降计算方法、基于多孔介质渗透理 论的考虑浮力作用沉降计算方法及数值模拟方法，对其爆破挤淤形成的“悬浮式”堤坝开展沉降计算，并与实际监测结果对比 验证，分析几种沉降计算方法的适用性和合理性。研究表明，传统沉降计算方法得到的沉降值比实际监测值明显偏大，不适 合于“悬浮式”堤坝沉降计算；考虑浮力作用方法和数值模拟方法的计算结果较为接近实际监测值，可用于“悬浮式”堤坝沉降 计算。 关 键 词：水工结构；爆破挤淤；悬浮式堤坝；浮力；沉降计算 文献标识码：A 中图分类号：TV 411；TB 115
3 传统方法沉降计算
（1）计算假定 爆破挤淤堤坝的承载单元主要由堤坝所在土层 和堤身两部分组成， 堆石置换了原来的部分软土层， 改善了地层条件，堤身即是荷载的主要来源，又是 承载单元的一部分。计算中假定： （1）淤泥和堆石 均处于平面应变状态； （2）淤泥和堆石均质、各向 同性。防波堤断面形状复杂，基础断面用面积相等 的原则可简化为矩形断面的基础， 简化结果见图 3。
式中： M
（1. PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 310014, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China）
Key words: hydraulic structure; squeezing thick silt by blasting; suspended seawall; buoyancy; settlement calculation
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引 言
爆破挤淤筑堤技术具备施工工序简单、 速度快、
40 m） ，相应的堤坝断面型式从“落底式”发展到“悬 浮式”。 “落底式”是爆破后堆填石料底高程完全落到 强度较高的持力层上，如砂质粉土、砂砾石层或岩 层等[5]，厚度不大（3～12 m）的淤泥可采用“落底 式”断面。对于深厚淤泥（12～40 m） ，通常难以将 其全部置换掉，如全部予以置换，施工难度很大、 造价太高[6]，因此在深厚淤泥中往往采用 “悬浮式”
Settlement calculation and analysis of embankment with squeezing thick silt by blasting
XU Xue-yong1, 2，CHEN Guo-hai1，WANG Ren2，DI Sheng-jie1，DU Wen-bo1
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岩
土
力
学
2014 年
Байду номын сангаас
（2）计算结果 针对惠州港兴盛油库护岸工程爆破挤淤堆石堤 坝，采用传统方法进行沉降计算，计算结果见表 1。
表 1 传统方法计算结果 Table 1 The calculation results of traditional method
计算方法 分层总和法 规范法 太沙基一维固结法 弹性力学法 等值压缩层法 叶果罗夫法 沉降计算值/m 1.58 1.47 2.85 2.83 2.67 2.29 备注 计算深度 50 m，分层层厚 4 m 取固结度 95%时沉降量 计算深度 50 m 等值层厚度取 45 m 修正系数取 1.1
3.5 3.0
水位线
堆石坝 21.5 淤泥
2.5
22
持力层
图 2 护岸工程平面图（单位：m） Fig.2 Planar graph of shore protection engineering (unit: m)
图 3 简化后的基础断面（单位：m） Fig.3 Simplified section of foundation (unit: m)
Abstract: Blasting squeezing silt technology plays an important role in the marine reclamation and tidal power station seawall project
construction. The thickness of soft clay that needs to be dealt with is gradually deepening with the continuous advance of marine engineering progressing to offshore and underwater shoals. The suspended seawall structure appears when soft clay is more than 12 m deep. Therefore, it is of great importance and of application value to carry out the settlement calculation and analysis. Taking Huizhou port depot revetment project for example, traditional settlement calculation method, the settlement calculation method considering buoyancy and numerical simulation method were applied to carry out settlement calculation; their results are compared with the actual monitoring results. Furthermore, the applicabilities and rationalities of these three methods are analyzed. It is shown that, the results of traditional settlement calculation method are significantly larger than the actual ones, it may not be suitable for suspended seawall; while the settlement calculation method considering buoyancy and numerical simulation method are suitable for suspended seawall because the calculation result are closer to the actual situation.
－9]
。 目前， “悬浮式”堤坝在沿海深厚淤泥
地质区域越来越多，但鲜见针对其沉降计算与分析 研究，因此，开展爆破挤淤形成的“悬浮式”堤坝结 构的沉降计算、分析和研究有着重要的意义和应用 价值。 本文以惠州港兴盛油库护岸工程为工程实例， 分别采用传统沉降计算方法、考虑浮力作用的沉降 计算方法和 FLAC 数值模拟方法，对爆破挤淤形成 的“悬浮式”堤坝进行沉降计算，并与实际监测结果 对比， 分析这几种沉降计算方法的适用性和合理性， 为“悬浮式”堤坝工程设计提供技术支撑，也供类似 工程参考和借鉴。
软基处理效果好等优点，在海洋围垦和潮汐电站的 堤坝或围堰工程建设中得到广泛应用 [1－2] 。随着这 些海洋工程的不断发展与推进 ， 需处理淤泥(软基) 的厚度在逐渐加深 （从常规的 12 m 发展到 30～
[4] [3]
收稿日期：2013-12-18 基金项目：国家自然科学基金(No. 41101519)；浙江省自然科学基金(No. LY14D020001)。 第一作者简介：徐学勇，男，1980 年生，博士，高级工程师，从事海洋岩土工程方面的研究。E-mail: xxy_cas@