海岸富淤泥质土地区海堤修复监测分析

陈似海

摘要：海堤下赋存有大量淤泥质土的堤坝修复工程，会由于淤泥质土的复杂沉降导致海堤的倾斜、开裂甚至垮塌。为了有效地避免该类病害的发生，文章基于某海堤加固修复工程，提出了在海堤修复全过程及竣工后开展二维横、纵向位移及海堤地基倾斜度监测的方法，并将海堤的变形规律反馈到施工部门，及时调整施工的交互加固方案。研究表明：海堤施工过程中其横、纵向变形均表现为加固段中间大、两端少的特征，且前期的变形速率明显大于后期。该方法对实例工程的施工指导效果明显，可为相似工程提供借鉴。

关键词：海岸修复；淤泥土岸基；全过程监控；施工反馈

中图分类号：U656.31+4 A 65 215 4

0 引言

滨海地区是海陆交接的过渡地带，特别是江河的入海口区域，河流的水力坡降达到最低值，因而下游的水动力作用大幅度削弱，河流携带的大量泥沙在出海口区域沉积，导致其出海口区域的地带形成扇形的沉积区域［1-3］。此外，河流中裹挾着大量的动植物残骸及有机质，并在漫长的地质历史时期中不断变质、分解沉积，并与周边的泥沙混合，最终形成具有高压缩性、高含水量及触变性明显的淤泥质土甚至泥炭土，从而形成一套具有滨海相沉积特征的软土层。而陆海交界的海堤，是保护内陆不受海浪侵蚀破坏，维护边防的重要基础设施。海堤属于条带状构造物，随着位置的变化，其下覆的地层除了含有淤泥质土等软土之外，软土的厚度及岩性会发生较大变化，并在海浪冲击载荷及自重的作用下，极易诱发不均匀沉降等病害。

因此，为了有效避免修复或新建的海堤出现上述病害，探索保障海堤修复稳定性的方法具有重要的实用及经济价值。为此，建设者及学者们开展了大量的实践研究。其中，陈善民等［4］针对软基土工布处理软土海堤地基开展研究表明，土工布与土层面摩阻力作用明显。徐少曼、丁荣祥等［5-7］研究了海堤地基处理的土工布力学特征，并确定海堤软基处理的稳定性、强度及材料选取的方法。赵健等［8］采用真空堆载预压的方法加固海堤，解决了加固中泥面易滑的问题。徐瑾瑾等［9］针对海堤可能遇到的高强风暴对海堤的动荷载作用，对海堤的加固方案进行优化施工，满足在此工况下的加固施工。赵一晗等［10］研究了侵蚀海岸的海堤加固，并进行了模型试验及理论分析，提出了海堤破坏是由于水深增大进而导致海浪冲击动力增强所致。

综上所述，当前的研究与实践热点主要是针对海岸的地基加固领域，而对于海堤加固全时段监测的研究鲜有提及。本研究依托某海堤加固工程，对海堤的横、纵向位移以及海堤地基的倾斜程度进行全程监测，获取海堤的变形特征并及时反馈到施工部门，及时调整施工方案，保证施工期间及竣工后的海堤刚度、强度及稳定性满足工程要求。

1 海堤修复工程概况

1.1 工程概况

该海堤工程位于华南某沿海地区，于20世纪90年代开工兴建，河堤全长12 km，采用块石圬工砌筑。经历将近30年的使用，海堤已经出现了局部的开裂、崩塌、倾覆甚至整段崩塌的病害。在K6+120～K6+727区段内共607 m的海堤已经出现严重的崩塌，同时该海堤向内陆方向300 m处拟兴建一个超大型的临海加工作业区，为避免工业区受海浪的侵扰，保证作业的安全，决定对该区段海堤进行修复加固。在K6+120～K6+727区段两侧的海堤相对稳定，还可发挥其使用功能，因此该工程主要是对K6+120～K6+727垮塌段进行拆除并重新修复加固。该加固段两侧的海堤保持原状，并最终与修复段对接合龙，形成连续海堤。

1.2 场地工程地质概况

通过原有的勘察资料并结合此次修复工程的补充勘察结果。将该修复加固海堤所在场地进行地层划分，并通过原位及室内试验获取该场地的各地层岩性特征，主要将地层分成4个大层共7个地质亚层，如下页表1所示。

1.3 场地地质构造条件

根据现有资料及现场勘察结果，该海堤修复工程所在场地自全新世以来新构造运动的痕迹不明显，没有发现断层、褶皱等构造活动的遗迹，表明该场地区域的稳定性及地层的连续性良好，没有明显的地壳抬升及沉陷的痕迹，地层的沉积层序较为连续，场地基岩以上的土层厚度较大，为13～36 m。根据现场测试显示，场地的地震峰值加速度为0.05，推算地震烈度为Ⅵ度。勘察揭露的地层中，未发现有具有易液化的粉砂及砂土层，依据抗震规范，推断该场地不属于液化地层。

2 海堤修复实时监测技术

2.1 实时监测技术概况

在淤泥质土地基上新建或修复原有公路路堤、护堤、挡土墙、河堤及海堤工程，由于软基的沉陷作用，会造成上部构筑物的沉陷和歪斜。本研究提出的原位监测技术：在海堤修复加固的全过程及竣工后一定时间段内，分别采用全站仪、电子水准仪、基坑测斜仪测定坝体的横、纵向位移及倾斜程度，并对所获得的监测数据进行分析，获取构筑物及地基的变形与时间变化关系，推断海堤的变形发展趋势，随即反馈到施工作业部门，及时调整施工作业方案，保证工程安全、顺利进行。

2.2 实时监测技术的实施

根据监测设计方案，对修复的堤坝开展原位监测测试，内容主要包含3种类型：加固的海堤堤墙竖向沉降位移、横向水平位移以及海堤坝体及地基土体的倾斜度等3个内容，同一个监测点采用多点位同步监测，减少测试误差，从而可以有效剔除异常值，保证监测的可靠性。

2.2.1 修复期间海堤的监测内容及频率

针对海堤堤墙的特殊功用，其在建成使用的过程中，除了常年受到周期性海浪的冲击载荷作用之外，由于其在地基土中，下卧有淤泥质不良软基，极易造成沉陷、倾覆。因此，针对上述特征，对海堤的监测内容如下：

海堤外海侧的第二级平台监测内容：将电子水准仪预埋在修复堤坝的监测点，监测频率是3次/d，即修复开始前、修复期间及修复后进行。当作业因故暂停时，第一周每天监测一次，第二周以后则每两天监测一次，并获取海堤堤坝的外海平台纵向沉降位移变化特征曲线。

海堤堤墙作为挡水结构及抗海浪冲击的结构体，要求在修复期间对其横向位移展开监控。在修复砌筑作业期间，其监测频率与纵向位移监测同步，同时获取海堤堤墙的横向位移变化特征曲线。

海堤地基及海堤倾斜度测试主要是监测加固修复期间海堤及地基的倾斜策程度，测试的仪器采用预埋在海堤堤身上的ABS测斜管，修复作业期间每天进行一次测试，间歇期第一周内每天监测一次，第二周以后两天一测，并最终获取倾斜位移变形曲线。

2.2.2 海堤修复完成后监测内容及频率

修复工作竣工后，仍然需要对海堤进行一定时段的监测。竣工后的监测内容与修复加固期间的监测内容一致，但监测的频率存在差异。竣工后的监测频率调整为7 d采集1次，并连续采集12个月。最终获取对应的监测数据曲线，即横向位移-时间曲线、竖向位移-时间曲线及倾斜-时间曲线。

2.3 预埋监测点设置

海堤坝体共设计33个监测点，3组不同测试内容的监测点沿海堤平行分布，每组设监测点11个，单组测点间隔6 m设置一个。其中，纵向位移各监测点的编号分别为：H01、H02……H11；海堤向海测平台需要设置11个横向位移监测点，与海堤堤坝所设置的监测点在相同的里程位置，横向位移测点编号依次为：V01、V02……V11。针对堤体及地基的倾斜监测，设置11个监测点，其位置与上述一致，其编号依次为：X01、X02……X11。

3 实时监控数据成果分析

3.1 纵向位移监测数据分析

通过汇总、整理一年内的监测数据如图1所示，反映的是海堤堤墙11个测点的累积沉降总位移-时间关系。

由图1可知，海堤堤坝的11个监测点上，其竖直的沉降大体呈现较为一致的规律：各测点沉降位移随时间的增长而增加。其中，2022年1～6月，沉降速率达到最大；而在2022年6～12月的沉降速率则持续降低，并趋于0。主要是在修复砌筑的前期，砌筑材料自重压力持续增加，加上堤体下的淤泥质土土体压缩性高、含水量大、孔隙率高，砌筑过程导致淤泥质土发生较为明显的沉降。此外，由于淤泥质土土体的固结时间较长，所以其沉降位移值也持续增加，并在固结完成后位移收敛稳定。同时，其前期的沉降速率较大，后期逐渐降低最终趋于0，其位移的增长也达到最大值。同时，监测竖向位移的11个测点中，位于加固段中部的H05、H06及H07三个监测点的沉降位移最大，其中最大沉降值位于H06测点，最大位移为83 mm。主要是由于加固段（K6+120～K6+727）内，受到两端既有海堤的夹持作用，原有的海堤下卧淤泥质土土体早已完成了沉降固结，从而两端及其附近的土体固结程度明显大于加固区段中间的部位。因此，在11个测点中，中间的部分沉降明显大于两端，最大的沉降差值在14～16 mm。

监测数据如图2所示，H01等11个横向监测点的水平位移呈现出相对稳定一致的变化规律：随着加固砌筑的推进，堤墙的水平位移持续增加，前期的移动速率较大，中后期位移速率逐渐衰减，在监测的后期逐渐趋于稳定。加固修复段中部位置的横向位移值大于两端，主要是加固段中部受到两端既有河堤的影响相对较小，其横向位移持续、快速地增长。两端的横向位移增长速率较小，其横向的变形主要是受到下卧淤泥质土地基的差异性沉降作用。通过监测发现，该海堤的水平位移规律总结为：修复的前5～6个月，水平位移的沉降速率是最大的，6个月以后则逐渐放缓，增长持续到9个月后基本稳定，增量有限；而海堤加固段中间部分的水平位移较两侧大，差值最大的地方达到21 mm。

3.2 监测反馈的海堤变形治理措施

通过上述全时段监测成果的分析，在获取海堤的纵向、横向位移及倾斜位移的变化规律后发现，在2022年4～5月，堤坝的沉降速率较大，部分监测断面的沉降速率一直不收敛，持续发展则会出现超出沉降的阈值。同时，在2022年5月，向海平台测点的水平位移在H05、H06及H07出现临界超限的状况。根据这些变形规律，建议采用间隔的少量超前导管注浆的方法，对堤体下卧的淤泥质地基土体进行有限度的硬化，并继续依据地基处理过程的监测数据，控制堤体的沉降速率，保证土体均匀沉降，使淤泥质土在规范要求的范围内整体性地固结沉降。

4 结语

（1）采用实时监测的方法对淤泥质地基土海堤的修复过程进行全程监测，得到海堤的横、纵向等位移变化规律，并及时反馈到施工部门，及时调整施工方案，控制堤体的变形，为海堤的顺利加固修复提供有力的保障。

（2）在既有海堤中间修复或砌筑新的堤墙，地基中下卧有淤泥质土土体时，由于前期的吸水饱和作用，在砌筑或修复过程中，必然产生较大的沉降。同时，对于既有海堤附近的海堤加固，其臨近端变形较小，远离端则较大。

（3）既有海堤的加固修复，需要关注加固过程中海堤自重堆载及后期海浪冲击载荷的作用，这些作用极易造成海堤的过度沉降及水平倾斜等不利病害。在实时监控下施工，可以快速发现海堤地基的变形特征及发展趋势，以保障施工的顺利进行及提高修复工程的质量。

参考文献

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［10］赵一晗，黄 哲，王登婷.侵蚀岸段海堤破坏机理及修复方案［J］.水运工程，2022，597（7）：23-28，125.

收稿日期：2023-03-20