王永慶 丁 麗

(長江勘測規(guī)劃設計研究院上海分院 上海 200439)

1 圍堤的地基處理方法

近年來，上海及其周邊地區(qū)在軟土地基上筑堤時，普遍采用充泥管袋斜坡式圍堤結構。而當地基土層淤泥含量較高，地基承載力不能滿足筑堤要求時，需進行地基處理。圍堤的地基處理方法，較為常見的有排水固結法、鎮(zhèn)壓層法和加筋法等。

排水固結法，通常在圍堤堤基設置垂直和水平排水通道，利用堤身的加載預壓，加速地基土的排水固結，使地基強度獲得較快增長，以適應堤身荷載的增加，并使地基的沉降在施工期間大部分完成。排水固結法較常用的是在軟土地基中插入塑料排水板，地表鋪設排水砂（或碎石）墊層，形成垂直和水平的排水通道。但該法中塑料排水板的施工受限較多，施工工期較長，工程費用較高。

鎮(zhèn)壓層法主要是在堤身內外兩側增設梯形鎮(zhèn)壓平臺，能夠有效限制在堤身荷載的作用下地基土出現的塑性擠出和地面隆起，同時還能加快鎮(zhèn)壓層范圍內的地基土產生部分固結，從而使地基強度獲得增長。但該法增大了圍堤斷面尺寸，增加圍堤工程費用。

加筋法通常有兩種，第一種在充泥管袋的土工織物上加筋，其結構設計為在圍堤底層設置一層或多層的統(tǒng)長充泥管袋。管袋采用高強土工織物，且土工織物上間隔布置丙綸繩加筋；第二種在充泥管袋之間設計土工格柵加筋，其結構設計為圍堤底層往上鋪設一層統(tǒng)長的充泥管袋后，鋪設一層高強土工格柵，充泥管袋與土工格柵間隔鋪設。為便于水平向的排水固結，加筋法通常將底層充泥管袋設計成編織布充填砂土，二層及以上則采用機織布。加筋法施工簡單，施工工期短，可加強堤身整體性，有效提高地基承載能力。

圍堤的地基處理方案，通常應根據地基土層的特性、淤泥層的厚度和圍堤的壩高等不同，采取不同的地基處理方法，實際工程中地基處理常結合兩種或三種處理方法進行。目前，上海及周邊長三角地區(qū)在軟土地基上筑堤，當淤泥層厚度小于10m 時，通常采用充泥管袋斜坡堤，在堤身一側或兩側增設鎮(zhèn)壓平臺，同時根據地基淤泥層的厚度，在堤身下設置一層或幾層統(tǒng)長充泥管袋及加筋處理。

2 圍堤地基加筋處理的設計要點

2.1 加筋土工織物的破壞形式

在軟土地基上新建充泥管袋圍堤，其破壞形式主要有2 種。一種是圍堤整體滑動破壞，一般發(fā)生在施工期，由于地基土含水量高，土質流塑，筑堤時加載速度過快，來不及排水固結，發(fā)生圓弧滑動破壞；另一種是由于圍堤斷面上部橫向斷面高度不同，荷載分布不同，引起堤身橫向不均勻沉降明顯，堤身中心沉降較大，兩側較小，當這種不均勻沉降超過圍堤結構允許范圍時，圍堤即發(fā)生不均勻沉降破壞。

當圍堤發(fā)生上述兩種破壞時，堤身加筋土工織物也隨即破壞，但加筋土工織物的破壞主要是受拉破壞，即土工織物受拉延伸，且延伸率超過其最大延伸率，發(fā)生拉伸破壞。

2.2 圍堤加筋處理的抗滑穩(wěn)定計算

根據SL435—2008《海堤工程設計規(guī)范》及JTJ017—96《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》，對于軟土地基較厚的圍堤抗滑穩(wěn)定計算，應考慮圍堤施工時采取分級加荷預壓，控制加荷速率，且在地基中設置加筋土工織物。因此，圍堤的抗滑穩(wěn)定計算應采用總應力法，淤泥層指標采用十字板剪切強度指標。穩(wěn)定分析計算示意圖見圖1。

圖1 穩(wěn)定計算示意圖

穩(wěn)定計算安全系數K 按下式計算：

式中：PT為各土條在滑弧切線方向的下滑力的總和；Si為地基土內第i 個條塊滑體的抗剪力，不考慮固結作用；△Si為考慮地基土在圍堤填料的作用下固結強度提高的抗剪力；Sj為圍堤內第j個土條滑體的抗剪力；Pj為當第j 土條的滑裂面處于圍堤填料內，該土條滑裂面與設置的土工織物相交時，該層土工織物每延米寬的設計拉力。

公式中的穩(wěn)定計算關鍵問題是Pj值的確定，根據JTJ017—96《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》的規(guī)定，Pj即土工織物的設計拉力，取土工織物延伸率為10%所對應的拉力。

根據規(guī)范規(guī)定，采用現行的軟基穩(wěn)定分析法，對于加筋與未加筋情況，所得的安全系數K相差無幾。考慮土工布產生的抗滑力矩后，K 只提高小數點后第2 位，與實際施工后堤壩穩(wěn)定性的提高不相符合。根據實際工程觀測資料分析，土工布拉力值并非為定值，而是沿線變化的。因此，由土工布產生的抗滑力矩與圓弧滑動位置有關，不同位置其抗滑力矩不同，故計算后會出現K 值提高較少的情況。

經過許多工程實踐及查閱相關資料后得知，堤壩下鋪設土工布加筋后除了增加土工布的拉力外，還存在另外一種附加力，即土工布與地基土摩阻作用力。穩(wěn)定計算時，將摩阻力作為一種外荷載，作用在堤壩下地基土中，產生附加應力，再施加到圓弧滑動的地基土條上，計算得出安全系數K。附加應力的計算通常需要采用有限元方法計算，計算過程過于繁復，一般設計者均不便使用。為便于設計人員方便計算，采用簡單法進行簡化后計算如下：

式中：TCG為土工織物的設計抗拉強度，kN/m；Ts為土工合成材料的抗拉強度；λc為材料強度綜合修正系數，土工織物和土工網取3.0；土工格柵取2.0。當按公式計算值大于土工合成材料延伸率為10%對應的拉力值時，其設計抗拉強度應取10%對應的拉力值；F為土工加筋織物與上下接觸面的摩擦力值，kN/m；fGS為土工織物與土接觸面的摩擦系數；Le為錨固長度，m；K為調整系數，對于土工織物取0.667，對土工格柵和土工網取0.9；φq為土體內摩擦角；Fm為錨固安全系數，對無黏性土取1.5，黏性土取2.0；σ0為作用在土工織物上的壓應力，kPa。

2.3 加筋墊層的布置

加筋土工織物通常鋪設于堤壩底的墊層中，在軟土地基上的斜坡式堤壩，其斷面尺寸一般都較大，堤底寬度也很大，甚至會超過100m。按加筋墊層的尺寸效應原理，如此寬的堤底采用全斷面加筋是不合適的。實際工程運用中，并不需要在整個堤底都布滿土工織物，因為整個堤底中有相當一部分是反壓層，其填土高度不大，一般只有2～3m，軟土地基能夠承受而不會失穩(wěn)。因而只要在主堤身下，甚至只在主堤身最高的部分下設置加筋墊層即可，但需要滿足錨固長度的要求，這樣既滿足承載力和穩(wěn)定性的要求，又能節(jié)省筋材用量，節(jié)省工程投資。

3 工程實例

橫沙促淤圈圍（六期）工程位于橫沙島東側，共分為四個圍區(qū)，圍堤總長達17.176m。圍堤采用充泥管袋斜坡堤結構。地質勘探表明：4#圍區(qū)的北側堤和東側堤堤身下表層含有3～6m 厚的淤泥層。地基處理比選了水平加筋和塑料排水板兩種方法，鑒于圍堤灘面在0.0m 高程，塑料排水板若采用水上施工船，由于灘面較高施工困難；若采用陸地施工，需趕潮，施工作業(yè)時間短，對施工工期影響較大。因此，本次圍堤地基處理推薦采用水平加筋和增加鎮(zhèn)壓層法。根據淤泥層的厚度不同，設置1～3 層底層堤身統(tǒng)長充泥管袋，管袋采用190g/m2的加筋編織袋，有利于水平向的排水固結。同時在堤身外側設置6m 寬的鎮(zhèn)壓平臺，如圖2 所示。

圖2 圍堤斷面示意圖

圍堤穩(wěn)定計算采用理正巖土軟件計算，并根據SL435—2008《海堤工程設計規(guī)范》附錄M 進行復核。

選取最危險水位組合工況計算內外坡的穩(wěn)定安全系數。為了方便比較，兩種計算方法的參數取值均一致。堤身吹填土的重度γ=18.0kN/m3，C=10kPa，φ=22°，土工織物加筋的抗拉強度Ts=65kN/m，其余參數根據地質報告及相關規(guī)范可得。第一種方法采用理正巖土軟件的有限元分析計算，得出外坡最小K=1.163，內坡最小K=1.349。計算圓弧示意圖如圖3 所示。第二種方法根據簡化公式計算得出土工織物的設計拉力值 Pj=74.9kN/m，由此計算得出外坡最小K=1.129，內坡最小K=1.315。可以看出計算結果與軟件分析結果有些差距，但差距在5%以內。同時也可以得出未計入摩擦力時的安全系數外坡K=1.010，內坡最小K=1.157。

圖3 穩(wěn)定計算圓弧示意圖（單位：m）

從計算結果可以看出，目前的規(guī)范中在計算加筋土工織物時，土工織物加筋的設計拉力簡單采用延伸率為10%的抗拉強度，未考慮土工織物與上下土層的摩擦力值，計算得出的安全系數偏小，未能真實反映實際情況。

4 結語

目前，土工織物加筋墊層在工程中已經得到廣泛運用，特別是在軟基上的堤壩（高速公路堤、海堤、港口岸堤等）工程中的應用更為廣泛。實踐證明，土工織物加筋不僅能有效地增加地基的穩(wěn)定性，而且還可以減少并均化地基的沉降，同時，還具有造價低廉、施工簡便快速等優(yōu)點，其應用范圍正擴展到更多領域。但是，在加筋墊層的工程運用中還存在不少問題。首先是設計方法理論研究落后于工程實踐，使得當前的設計多數還處于經驗階段，施工工程中成功的例子還很難從理論上加以解析；其次是加筋墊層的效果還未得到充分的發(fā)揮，仍有進一步提高加筋效果的空間。

1 沈林杰，陳道信.加筋土工布在海堤圍墾工程基礎處理中的 應用.巖土工程界，2006，9（12）：50-54.

2 徐少曼.堤壩下軟基加筋土工織物的允許抗拉強度確定.巖 土工程學報，1999（2）：247.