建筑碎料斜坡堤局部滑移原因分析

吴玺，黄玉龙，赵岩

（1.天津市南港工业区开发有限公司，天津 300457；2.天津中心渔港开发有限公司，天津 300457；3.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222）

1 引言

近年来，砂、石等原材料的价格持续上涨，而大量拆迁项目所产生的建筑碎料缺少放置的地方。有人尝试将建筑碎料作为斜坡堤的主体结构[1]，在降低工程造价的同时，可使建筑碎料“变废为宝”，也给建筑碎料的处理提供了一种新的方式。建筑碎料堤心是一种新型的堤心结构，具有施工快捷、造价低廉等优点，同时也有受海水冲刷易流失，施工区域有所局限等缺点。

由于是新型堤心材料，在设计、施工中没有经验，可能会存在一些不合理的地方，比如设计参数的选取，施工质量控制等因素都可能会造成围堤局部塌陷或滑移。

2 工程概况

2008年11月，北方某陆域吹填场地发生了局部滑移。围堤的结构型式为斜坡堤式结构，围堤顶面标高为6.0 m，堤顶宽度为10.0 m，堤心为建筑碎料。地基未进行处理直接堆填建筑碎料。局部滑移的范围约170 m，其中东西两端与稳定的围堤间形成两个断口（见图1）。

图1 滑移后围堤

3 地质情况

根据施工前勘察报告，本段围堤下的地基土体自上而下分为7个大层：

其中对围堤影响较大的两个浅层土层分别描述如下：

十字板剪切强度指标见表1。

表1 十字板剪切强度统计表

4 滑移前施工情况

经过调查，受吹填工期的影响，该段围堤在没有成型之前就开始了后方造陆吹填，在11月初围堤顶面达到+6.4 m，而11月中旬后方吹填泥面的标高已经达到了+6.0 m，水面标高为+6.3 m。

5 滑移原因分析

5.1 设计参数

陆上推进填筑建筑碎料方案的设计原理是通过将一定粒径的填料填筑到软土地基中，将原基础处的淤泥或淤泥质土挤走，在堤身两侧形成隆起，增加堤身底面处的边载，提高下部地基承载能力，达到整体稳定的目的。

由于建筑碎料属于非传统意义上的建筑材料，其材料特性具有一定的不确定性，为满足理论计算的需求，设计要求建筑碎料的含土量不大于10%，计算时参照砂的资料，内摩擦角采用32°。

由于挤淤情况存在一定的不确定性，为保证使用期安全，设计说明中对堤身填筑提出了一次填筑到顶，并利用两侧边坡填料进行超载挤淤的要求。

按照规范要求[2]，设计对围堤的地基整体稳定性进行了计算，并分别核算圆弧滑动和非圆弧滑动的断面稳定性。圆弧滑动计算时，考虑到使用期的荷载小于施工期荷载，不考虑穿越堤顶的滑弧。根据计算结果，整体稳定抗力分项系数能够满足规范要求；非圆弧滑动计算时，计算面选定原泥面（原泥面以上为建筑碎料堤身，抗滑能力较强；原泥面以下被动土压力增长值大于后方主动土压力增长，稳定性好），滑动面的土体抗剪强度采用下部地基十字板强度的最小值11.0 kPa，后方吹填泥浆假定一次性吹填到+6.5 m标高，泥浆重度采用13 kN/m3。根据计算结果，滑动力为275 kN/m，阻滑力为561 kN/m，抗力分项系数满足规范要求。（当仅考虑碎料底宽范围时，阻滑力为348 kN/m，抗力分项系数不满足规范要求。）

5.2 外界因素

经现场调查，在围堤局部滑移之前，曾有勘探船在该区域进行爆破物探，且爆炸的能量较大。

5.3 滑移后地质情况

为了了解局部滑移后滑移体范围的地质情况[3]，共布置了6个十字板试验孔、2个取土试验孔，以探摸局部滑移后的地质情况。表2为十字板试验结果，表3为取土试验结果。

表2 十字板试验结果

表3 土工试验成果总表

综合滑移后现场勘察资料可以看出，该区域地质情况较为复杂。从泥面以下，对稳定影响较大的主要是顶层的淤泥类土（淤泥和淤泥质粘土），强度较低，是滑移面可能存在的层位。

在原围堤堤心线以北约5.0 m的地方，建筑碎料的底标高在-5.0～-6.2 m之间，而在堤心线以南5.0 m的地方，建筑碎料的底标高为-2.8 m，相差约3 m。

5.4 原设计参数验算

根据原设计断面，采用表1中的十字板强度进行稳定验算，所取主要参数如下：

①围堤顶标高按施工期6.5 m考虑；

②北侧反压平台顶标高2.5m，宽度8.5m，坡比为1∶2；

③南侧反压平台顶标高2.0m，宽度6.0m，坡比为1∶2；

④吹填泥面按6.0 m考虑；

⑤建筑碎料C=0，φ=32°，挤淤深度按3 m考虑；

⑥设计低水位0.5 m。

根据《港口工程地基规范》，得到的安全系数为1.137，计算结果见图2。

图2 原设计断面稳定计算结果

在原设计参数中，建筑碎料的内摩擦角为32°，从现场局部滑移后的剖面看，含泥量远大于10%，尤其在水位线以下的部分，被水浸泡之后强度下降较多，因此，实际的内摩擦角应进行调整。局部滑移前地基应处于极限平衡状态，在外界因素爆破物探的影响下，平衡状态被打破，产生了局部滑移。因此，滑移前的安全系数应在1.0左右。采用滑移后的勘察资料，同时调整建筑碎料的内摩擦角，通过多次试算，当内摩擦角取25°时，安全系数为1.003。计算结果见图3。

图3 建筑碎料内摩擦角为25°时的稳定计算结果

实际滑移时的滑移面不会与理论计算规则圆弧面完全一致，南侧边坡上的滑移位置可能位于南侧反压平台附近，北侧滑出点可能在北侧反压平台以外。南侧堤心处的建筑碎料在滑移后到了北侧堤心处，并向下挤淤了约3.0 m，这就是导致围堤轴线南北侧建筑碎料厚度差了3.0 m的原因。

5.5 局部滑移的原因分析

结合以上分析和现场调查资料，产生局部滑移的原因有以下几个：

①由于建筑碎料具有不确定性，不均匀，离散性大（从现场滑移后的断口看，局部建筑碎料的含泥量远大于10%），且没有粘结力。在后方吹填过程中，如果倒滤效果不理想，堤身填料中细颗粒受到一定淘刷，导致围堤稳定性降低；

②围堤局部滑移前，在该区域有勘探船只进行爆破物探，是围堤滑移的诱因；

③后方吹填泥浆的速率过快，导致地基来不及适应；

④从勘察的结果来看，围堤的滑动过程可能是先水平移动然后再下沉刺入地基土体，导致围堤轴线南北侧建筑碎料厚度差了3.0 m。

综合分析，这种建筑碎料堤心结构型式决定了可能出现不稳定的情况，后方吹填过快和附近物探爆破是诱因。

6 修复断面的稳定计算

考虑到围堤滑移后，建筑碎料把软弱淤泥挤走，使围堤的稳定性增强，因此，设计决定按原围埝轴线重新堆填，且坡上不进行处理。考虑滑移后的地形情况，再次进行了验算，水下部分的建筑碎料内摩擦角调整为25°，计算得到的安全系数为1.378。计算结果见图4。

图4 修复方案稳定计算结果

在围堤重新合拢后，很快就恢复吹泥工作，围堤处于稳定状态。

7 结语

（1）建筑碎料质量控制不好，吹填造陆速度过快是造成围堤滑移的主要原因，附近的爆破勘探是诱因；

（2）建筑碎料斜坡堤的含泥量如果控制不好会降低围堤的稳定性，设计计算时应调整建筑碎料的内摩擦角，以契合实际情况。

实践证明，调整设计参数后的围堤是稳定的。

[1]王翀.建筑碎料在天津临港产业区筑埝工程应用的利弊分析[J].科技资讯，2008，（32）.

[2]JTJ250-98，港口工程地基规范[S].

[3]某工程局部滑移段勘察报告[R].中交天津港湾工程研究院有限公司，2008.