土体变形监测技术在海堤工程中的应用
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摘要：针对海堤工程地质条件差，软土层厚，承载力低，压缩量大等问题，结合洋山深水港大-小乌龟岛联络堤施工过程的土体监测成果，研究分析深层土体在抛石形成堤身过程中的变化规律以及与现场工况之间的密切关联，并总结出有指导意义的结论。
关键词：海堤；土体监测；深层土移；沉降
Soil deformation monitoring technology at the seawall project
LiMing
(Shanghai Harbour Engineering Quality Inspection Co., Ltd, Shanghai 200032, China)
Abstract: Seawall engineering geological conditions and soft soil layers thick, low bearing capacity, compression large problem, combined with the Yangshan Deepwater Port - Little Turtle Island contact the monitoring results of the soil of the embankment construction process, research and analysis of deep soil riprapvariation in the process of formation of the dike, and the close association between the site conditions, and summed up the conclusion of guiding significance.
Keywords: seawall；soil monitoring；deep soil displacement；settlement
中图分类号：U656文献标识码： A 文章编号：
海堤工程的地质条件一般较差，软土层厚，承载力低，压缩量大，受力后极易产生不均匀沉降，从而导致堤身塌陷，甚至滑坡，造成严重的工程事故。为此，笔者结合洋山港大-小乌龟岛联络堤施工过程的土体监测成果， 研究分析深层土体在堤身抛石过程中的变化规律，以便为控制施工流程与速率提供依据，指导施工。
工程概况
大-小乌龟岛联络堤位于上海国际航运中心洋山深水港西港区的西区，连接大乌龟岛和小乌龟岛，总长约410m，紧邻东海大桥在大乌龟岛登陆段，为抛石斜坡堤，堤脚距东海大桥桥墩仅40m左右。
本工程主要施工流程为：打设砂桩砂垫层软体排铺设堤身抛石。
工程地质概况
本联络堤区域的地质特点是在较坚硬的强风化岩上直接覆盖极软的淤泥质粘土，主要软土层为Ⅲ2层淤泥质粉质粘土和Ⅲ1-2层淤泥质粘土。软土层底标高一般在-23m～-28.7m之间，软土层厚度多在15.8m～19m之间。而在北侧靠近东海大桥一侧，软土层底标高一般在-15m～-32m之间，其厚度多在12.5m～24.7m之间。而南侧软土层底标高和软土层厚度变化比较剧烈。软土层底标高多在-45m～-49.7m之间，厚度一般在19m～28m之间。总体上软土层底面的倾向呈北高南低的趋势，软土层厚也是从南向北逐渐减薄。
监测方案
由于堤脚距东海大桥基桩较近，施工过程中须对联络堤区域内土体的变形进行监测，通过分析监测数据，科学合理的控制施工速率，防止滑坡事故发生，从而保证东海大桥的安全。
在联络堤平面位置上共设置2个观测断面，K0+130为Ⅰ断面，K0+278为Ⅱ断面，每断面搭建3个水上监测平台，其中1个位于堤身中轴线上，另2个分别位于堤脚处。每个平台均由钢管定位桩和钢管套管架组成，其结构及安装位置如图1所示。
图1监测平台结构及位置示意图
深层土移
通过测定深层土体在抛石施工过程中的侧向变形发展情况，了解土体的稳定性，控制施工速率。该工程在堤脚处共设置4个测斜孔，每断面2个，编号分别为CX1～CX4，如图2所示。钻孔埋设时保证测斜管进入基岩不小于2m，测斜管与钢管套管之间空隙采用中粗砂回填密实。
图2测点平面布置示意图
土体分层沉降
通过观测土体不同深度沉降磁环的标高（磁环间距为2m），计算沉降量，了解各土层的沉降速率和压缩量。在堤身中轴线位置共设置2个分层沉降观测孔，每断面1个，编号为F1～F2。分层沉降管底部进入基岩不小于1m。
表层沉降
通过观测表层沉降测点，计算砂垫层在各级抛填荷载下的沉降量和沉降速率，指导施工。共设置2个表层沉降测点，每断面1个，编号为C1～C2。沉降板采用钢管套架方式安装在定位桩外侧，并保证沉降板沿定位桩能自由滑动。
监测频率与控制标准
监测频率：抛填期加荷1次/d，恒载期1次/3d，必要时加密监测。控制标准：深层土移＜4mm/d，表层沉降及分层沉降＜10mm/d。
监测成果及分析
依据监测数据，结合实际工况及具体施工控制措施，对监测成果进行如下分析。
深层土移
由于测斜管埋设于监测平台的钢套管中，上端变形来自监测平台而非土体，因此对测斜管原始泥面以下部分的位移数据进行分析才具体实际意义。
深层土移变化曲线见图3～图6。
图3CX1测点位移量
随时间变化曲线
图4CX2测点位移量
随时间变化曲线
图5CX3测点位移量
随时间变化曲线
图6CX4测点位移量
随时间变化曲线
监测过程中，各监测孔变形趋势基本保持不变，无突变及异常情况发生，位移量主要发生在抛填阶段，抛填阶段位移量占总位移量的90%以上。至抛填结束，原始泥面处位移量最大的为CX1，累计位移量为189.26mm，最小的为CX2，累计位移量为77.86mm。堤身南侧（CX1、CX3）土移量比北侧（CX2、CX4）大，这主要是由于北侧靠近大桥桥墩，施工时每层的抛填厚度及抛填速率均较南侧小。期间共出现2次位移量超报警值情况，报警后现场暂停施工并加密监测频率，直至土体稳定。分析相关数据可知，发生报警时的工况均满足2个条件：1）分层抛填厚度大于2m，2）抛填作业位置与报警测孔水平距离小于20m。从图3～图6中可看出土体在基岩表面有少许滑动迹象。
土体分层沉降
在抛填施工过程中，各个测点的沉降变化趋势基本一致，且与现场实际工况相吻合。从观测资料分析，深度方向上单个测孔中测点埋设越深，沉降量越小，反之沉降量越大。由于基岩上覆土层较薄且均为淤泥质粘土，孔中最深处测点沉降量相对较大（F2-5测点沉降量为245mm）也与实际相符。
施工中应根据监测数据合理控制分层抛填厚度和速率，并留出一定间歇期使因抛填加荷而产生的应力能充分消散（土体固结），确保土体稳定。
分层沉降变化曲线见图7～图8，F-1～F-5测点沿深度方向自上而下每隔2m排列。
图7F1测点沉降量随时间变化曲线
图8F2测点沉降量随时间变化曲线
表层沉降
同一个监测平台上的表层沉降和分层沉降变化趋势基本一致，且表层沉降的最终沉降量与分层沉降测孔中最浅层测点的最终沉降量基本吻合，C1最终沉降量为524mm，F1-1为547mm；C2最终沉降量为642mm，F2-1为676mm。表层沉降量之所以略小于分层沉降量是由于监测平台的结构及海洋环境所决定的。
表层沉降变化曲线见图9～图10。
图9C1测点沉降量随时间变化曲线
图10C2测点沉降量随时间变化曲线
结论
通过对监测成果的分析，可得出以下结论：
1）土移及沉降主要发生在抛填阶段，变化量占总变化量的90%以上；
2）深度越深，位移量越小，泥面处位移量最大，抛填厚度及速率对土体最终位移量有较大影响；沉降量随深度的增加而逐渐减小，最深处土体压缩量与覆土厚度有关；
3）水运工程抛填施工采用分层抛填时每层抛填厚度不宜超过2m；
4）采用分层分段抛填，合理控制施工速率及加强施工过程监测对预防工程事故有积极意义。
参考文献
[1]中华人民共和国交通部.水运工程测量规范（JTJ203-2001）[S].北京：人民交通出版社，2001.
[2]国家能源局.土石坝安全监测技术规范（DL/T 5259-2010）[S].北京：中国电力出版社，2010.
[3]中华人民共和国交通部.水运工程水工建筑物原型观测技术规范（JTJ218-2005）[S].北京：人民交通出版社，2005.