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在东南沿海经济发达地区,土地资源日益宝贵,海滨地区广泛分布着深厚软弱粘性土层-俗称涂滩,围涂滩造地是取得土地资源的主要途径。从地理位置上看,我国沿海地带自北向南,天津-连云港-上海-杭州-宁波-温州-福州-广州-深圳-广州-湛江,软土的含水量和压缩性逐渐变高;强度逐渐变低;在变形特征和力学强度上符合我国软土“北强南弱”的变化规律。特别是在东南沿海地区,地下水水位高,软土的含水量大、透水性差,压缩性高、承载力低,且厚度大、埋藏深,有的厚达数十米,从而造成围垦工程在设计、施工方面的巨大困难。
本课题来源于浙江省温州湾浅滩一期围涂工程围堤施工及原位观测项目。在温州湾海相软土地基工程设计中,固结和沉降计算是主要研究课题之一,至今仍然困扰着土木工程师。其原因为,力学理论未出现重大突破,地基沉降的分析中涉及到基础附加荷载的计算、土中应力的计算、土体固结度的计算、土体变形的计算,以及土样试验参数的选用等诸多环节,彼此之间互相关联又互相影响,其关联关系也随时间和工况而变化,因此,任何一个环节的失误都可能产生不正确的结果。
与固结沉降问题相比,围堤的稳定性在本次工程中也很关键,因为围堤是一个松散的堆积体,围堤如果出现异常的沉降,可以通过在堤顶增减填料来控制沉降量;而稳定性问题则不然,围堤的失稳将直接影响堤身的安全,关系到围涂造地工程的正常进行了,因此需要对围堤的稳定性进行合理的分析评价。
本文利用工程地质勘察和原位监测中积累的丰富软土地基沉降试验资料,对温州湾软土地基固结沉降计算做了一些研究,本文将重点探讨以下内容:
1.对海相沉积软土的物理、力学性质进行分析研究,为软土地基的沉降与稳定问题分析及工程应用提供基本指导思想;
2.从土样试验资料分析,温州湾瓯江入海口海相深厚软土的固结系数是一个变量,其值随上部荷载的增加而减小,如不考虑荷载因素,要达到相同的固结度,理论计算的固结时间比实际时间要短很多,从而造成理论计算和实测固结沉降数据之间有较大的偏差。本文总结了地质勘察报告中195组固结系数试验结果,归纳出固结系数与荷载关系,采用修正的固结系数,应用规范公式计算出软土地基的沉降量、应用改进的高木俊介法计算施工期地基土的固结度;同时,对由实测沉降观测曲线推求最终沉降量的方法(图解法)进行深入的剖析与探讨,使之更符合实际情况,并能更简便的在实际工程中应用。
3.对软土地基上围堤破坏形式进行介绍,在此基础上,分析了软土地基强度,对围堤地基的稳定问题进行分析。
4.作为工程的实际应用,对堆载预压法(插塑料排水板)处理软土地基的设计与施工方法以及监测进行简单阐述,对软土地基施工期的观测方案的设计与实施进行论述,同时,结合本工程前期施工的观测资料,应正了规范公式计算、图解法与实测结果基本吻合。
本文立足于工程实际,应用基本理论知识,在对温州湾软土性质进行研究的基础上,对软基固结沉降计算和具有复杂多滑动面的散体材料坝稳定性问题进行了深入的研究,得出了一些有价值的成果,可以应用于实际工程中,为类似工程提供了参考帮助。
本文特色:1.对地基固结度计算中的固结系数变化规律进行深入分析,归纳出固结系数与荷载的关系,采用修正的固结系数,应用改进的高木俊介法计算施工期地基土的固结度,其结果与实测结果基本吻合;2.总结了长期的沉降观测资料后,归纳出满载后沉降变化规律,由此测算出工后任何时间的沉降量;与采用修正的固结系数,应用改进的高木俊介法测算的工后沉降量对比,两者与实测曲线基本吻合,证明图解法符合实际情况,该结论目前正在堤身两侧镇压平台和护面结构施工中应用。
在今后研究、工作中,还有以下问题需要理一步探讨:1.本文的研究中未考虑潮汐对孔隙水压力的影响,实际上当潮位的涨落引起上部堆载容重变化时,路堤下软基的超孔隙水压力将随潮位呈周期性变化,应对此问题作进一步的探讨和研究;2.南堤坝在如此恶劣的潮汐、台风等动力工况条件下的抗滑稳定分析,围堤的超载能力和强度储备能力,及坝体-坝基系统渐进破坏过程和破坏方式;需要进一步的探讨和研究;3.在北堤施工期间和南堤试验阶段均出现了原位观测设备材料的防腐蚀性问题。部分埋设好的设备在试验结束前早早被海水腐蚀,后期无法继续试验,海水环境中原位观测设备材料的防腐蚀性能需要认真考虑。