水闸与海堤连接段不均匀沉降预防措施初探

　　摘要：修建在软基上的水闸与海堤连接段的不均匀沉降，极易导致其他病害。因此，需要探讨其预防措施，以确保海堤自身安全及其减灾效益的发挥。在对浙江东部沿海水闸与海堤连接段沉降调查的基础上，分析不均匀沉降的成因，结合类似工程实践和数值模型计算分析结果，从勘探设计角度分析后确定：加强地质勘探工作，选择有效的地基加固处理方式和海堤护面形式，优化海堤设计断面，选用轻质堤身填筑材料部分取代土石料等措施，可有效地预防水闸与海堤连接段不均匀沉降及由此产生的危害。研究结果可为水闸与海堤连接段设计提供参考和指导。
　　关键词：水闸；海堤；连接段；软土地基；不均匀沉降

　　中图分类号：TV871 文献标识码：A

　　　海堤是防御风暴潮水袭击，减轻风暴潮水灾害的重要工程设施，但由于修建在软基上，海堤上的水闸与海堤连接段极易发生不均匀沉降。当这种不均匀沉降超过一定限度时，由于海堤上部结构刚度较小且地基承载力较低，容易导致上部结构出现裂缝或滑坡；裂缝形成后，海水和雨水不断进入后造成的侵蚀，导致堤身的变形及裂缝进一步发展，侧向防渗系统破坏，再发展到一定程度就会出现漏（渗）水，危及海堤自身安全及其减灾效益的发挥。因此，探索水闸与海堤连接段不均匀沉降的预防措施就显得尤为迫切。目前，工程技术人员已开始研究解决这一问题的途径。文章通过对浙江东部（以下简称“浙东”）沿海水闸与海堤连接段沉降现状调查，分析不均匀沉降的成因，结合类似工程实践和数值模型计算分析结果，提出设计阶段可采取的预防措施，以减轻不均匀沉降及由此产生的安全隐患。

　　1 水闸与海堤连接段不均匀沉降现状调查

　　浙东海堤北起上虞夏盖山以东，南迄苍南县马站乡夏村，全长1 732km，保护着宁波、温州、台州、舟山4个地市和近30个县市，其中保护万亩以上农田和重要城镇、经济开发区、基础设施的重要海堤有1 027km。浙东沿海人口密度高，生产要素集聚，经济发达，是浙江省最主要的经济和财税地区。

　　为了掌握浙东水闸与海堤连接段病害情况的第一手资料，切实做好浙东水闸与海堤连接段病害防治措施研究工作。2011年6-8月间，我们选出浙东63处典型水闸与海堤连接段进行现场调研，调研结果显示：在水闸与海堤的连接处，海堤的沉降量总是大于水闸的沉降量，即水闸与海堤之间存在不同程度的不均匀沉降。地质条件、地基处理方式和海堤横断面的大小是影响水闸与海堤连接段不均匀沉降的主要因素。在地基处理方式、建成时间等影响因素一定的情况下，地质条件差，地基承载力低，连接段不均匀沉降严重；海堤横断面大，地基所承受的自重荷载大，连接段不均匀沉降严重。

　　不均匀沉降的危害主要表现为闸堤连接段或闸室与上下游翼墙连接段产生错位、裂缝，刺墙与堤身脱开、断裂，止水拉裂，防渗失效，最终导致出现闸基渗透或侧向绕渗破坏，内河侧渗流出逸处有浑水出现，闸两侧堤身出现跌窝，闸室上部结构出现裂缝。海堤及水闸出现病害，一旦遭遇台风来袭，极易造成灾害。

　　2 水闸与海堤连接段不均匀沉降的成因分析

　　浙东海堤处于两大类地基上，一类是以粉砂、粉土类为主的砂性土地基，表层由厚1～3m的粉砂和粉土等组成，属中等压缩性，上部以粉土为主夹粉细砂层，河口地带为黏性土与粉细砂互层，振动时易产生液化，粉土层以下为粉细砂层，松散-稍密，主要分布于上虞至慈溪北部；另一类是淤泥和淤泥质土为主的软土地基，具体又可分为淤泥质亚黏土、淤泥质黏土和淤泥3类，主要分布于慈溪北部至苍南，属于近代或近期滨海相沉积，主要由淤泥或淤泥质黏土组成，厚度15～30m，含水量一般为40％～60％，局部大于80％，台州、温州两地沿海滨海区广泛分布有淤泥，淤泥质黏土，厚度一般大于30m，其特点是天然含水量高、孔隙比大、压缩性大、沉降量大、透水性差、排水固结慢、抗剪强度低、承载力低。

　　根据我们现场调研的结果，不管哪一类地基，连接段都会产生不均匀沉降，只是同等条件下，前一类地基产生的不均匀沉降相对较小。

　　对粉（砂）土类地基，水闸基础在符合设计要求的持力层上，地基承载力较大，沉降较小；而海堤基础在滩涂表层上，地基承载力较小，沉降较大，二者极易产生不均匀沉降。

　　对淤泥质软土地基，目前水闸的基础普遍采用现浇混凝土灌注桩，海堤地基采用塑料排水板处理。这就导致连接段一侧的水闸是刚性基础，地基承载力较大，沉降量较小，另一侧海堤是柔性基础，地基承载力较小，工后沉降量较大且沉降期较长，二者产生较大的沉降差。

　　由此可见，引起水闸与海堤连接段不均匀沉降的主要原因是：经过处理后的水闸地基和海堤地基的承载力大小不同以及所承受的荷载大小不同，导致两者沉降量不同。

　　3 水闸与海堤连接段不均匀沉降的预防措施

　　针对软基上水闸与海堤连接段的不均匀沉降，即海堤沉降量总是大于水闸沉降量的现状，勘察设计阶段可从加强地质勘探工作，提高连接段地基的承载力和减少作用在海堤地基上的荷载3个方面入手，主要是设计时准确掌握海堤地质情况，选择有效的地基加固处理方式和海堤结构护面形式，优化海堤设计断面，选用轻质堤身填筑材料部分取代土石料。

　　3．1 加强地质勘探工作

　　设计前对水闸和海堤的地质情况进行准确的勘探，是选取科学合理的地基处理方法的前提条件和基础，也是减少水闸与海堤连接段不均匀沉降的重要保障。一些水闸与海堤连接段出现严重的不均匀沉降，与地质勘探后所取得的地质资料不准确有很大的关系。

　　3．2 水闸与海堤连接段的地基处理

　　处理好连接段地基是减小水闸与海堤连接段不均匀沉降的重要措施，针对两类不同性质的地基，应采用不同的处理方法。

　　3．2．1 粉（砂）土类地基

　　对于这类地基，目前水闸的地基开挖至符合设计要求的持力层上，其沉降量满足现行规范要求，而海堤的地基一般不做处理或采用铺土工格栅、土工布和碎石垫层处理，造成二者沉降差过大。鉴于此，设计时应根据地质情况选择以下方法处理水闸与海堤连接段的地基，以提高地基承载力，减少不均匀沉降。

　　（1）换填法。将连接段地基也开挖至满足承载力要求的持力层上，然后铺设水平垫层（包括砂、碎石排水垫层及土工织物、土工格栅），再用原土或灰土分层压实回填至滩涂面，最后分层压实填筑连接段海堤堤身。这种方法适用于覆盖层较浅时采用。

　　（2）振冲挤密法。利用振冲器产生的水平振冲力和高压水的压力同时冲击地基土，使其密实，适用于覆盖层较厚且为松散的黏粒含量≤10％的中粗砂地基，这种方法在类似地质条件的曹娥江大闸地基处理时取得了较好的效果。