黄骅港地区已建防砂堤地基土抗剪强度分析

摘要：本文结合工程实例，对黄骅港已建防砂堤地基土抗剪强度增长进行计算，并通过地质钻探对计算结果进行对比验证，供黄骅港地区类似工程设计时参考。

关键词：防砂堤；地基土；抗剪强度增长；地质勘察；

Han shi-na, Yu zhong-tao, Chen wen-ming

Shear strength analysis for foundation soil of Breakwaters in HuangHua Port

(1.China Harbour Engineering Co., Ltd., Beijing 100027, China;2. 2.Shanghai Third Harbor Benteng Construction and Engineering Co., Ltd,Shanghai 200441 , China 3、4.CCCC Water Transportation Consultants Co., Ltd., Beijing 100007, China ;)

Abstract: According to the engineering, the paper calculates shear strength increase for foundation soil of Breakwaters in HuangHua Port, compares with index of geological survey and provides reference for similar projects in HuangHua Port.

Key words: breakwaters; foundation soil; shear strength increment; geological survey

中图分类号：F470.1 文献标识码：A 文章编号：

2008年河北省人民政府对《黄骅港总体规划》进行了批复，黄骅港将以形成煤炭港区、散货港区、综合港区为主，河口港区为补充，北翼保留远景发展空间的总体格局[1]。在此背景下黄骅港将迎来新一轮的建设周期，黄骅港煤炭港区、综合港区将在已建防波堤、防砂堤的基础上进行加高，形成封闭纳泥区域，为港区码头提供陆域条件。

加高围堰工程整体稳定计算时，已建防砂堤、防波堤堤身下地基土抗剪强度指标取值较为关键，该参数对加高结构工程断面影响较大。地基土在已建防砂堤堤身有效附加应力作用下，通过塑料排水板及砂垫层排水固结，地基土抗剪强度必然增长，但是地基土抗剪强度增长多少，总抗剪强度是多少，是值得探讨的问题。由于已建防砂堤、防波堤多为抛石斜坡堤，在抛石堤身下钻孔取土较为困难，且成本大、周期长。

本文结合工程实例，对已建防砂堤堤身下地基土抗剪强度增长进行计算，并结合地质钻探对计算结果进行验证，为黄骅港地区类似防砂堤、防波堤加高工程地基土强度指标选取提供参考。

1.黄骅港地区工程地质条件

黄骅港地处河北平原东部沿海，渤海西岸，地基土为第四系海相及海陆交互相地层，土层自上而下为：①淤泥、②淤泥质粉质粘土、③1粉质粘土、③2粉土、④粉细砂、⑤粘土、⑥1粉质粘土、⑥2粉土、⑥3粘土[2]。其中对防波堤、防砂堤、围堰等斜坡堤工程整体稳定安全起控制作用的土层为①淤泥、②淤泥质粉质粘土。黄骅港地区①淤泥层平均厚度为3m~6m，②淤泥质粉质粘土层平均厚度为3m~7m，①层、②层土层物理力学指标如表1所示。

表1 地基土物理力学指标表

2.黄骅港某已建防砂堤工程

黄骅港某防砂堤工程于2005年建成，防砂堤结构型式为抛石斜坡堤，堤身高6.5m，两侧反压棱体厚2.0m。堤身下土层分布自上而下依次为①淤泥厚3.48m、②淤泥质粉质粘土厚4.9m。防砂堤地基处理方式为打设塑料排水板，塑料排水板穿透①淤泥、②淤泥质粉质粘土，塑料排水板间距1m。防砂堤结构断面如图1所示。

图1防砂堤结构断面图

3.防砂堤加高工程

3.1加高防砂堤结构方案

由于已建防砂堤使用功能发生变化，需对该段防砂堤进行加高，加高工程实施后，要进行吹填造陆。加高结构方案为将已建防砂堤作为反压棱体，加高防砂堤结构断面如图2所示。

图2加高防砂堤结构断面图

3.2已建防砂堤地基土抗剪强度指标取值

加高防沙堤工程在整体稳定计算时，已建防砂堤下地基土抗剪强度指标的选取对加高工程整体稳定计算影响较大，进而影响加高工程结构断面和工程造价。

黄骅港地区天然地基土物理力学指标如表1所示，黄骅港已建某防砂堤于2005年建成，防砂堤堤身下打设塑料排水板，地基土在有效附加应力作用下排水固结，堤身下地基土抗剪强度肯定较天然地基土强度指标高。

设计时考虑已建防砂堤地基土在有效附加应力的作用下强度增长，按照《港口工程地基规范》[3]第8.3.9条进行计算，计算公式如下。

式中：——地基土或土层的强度增量的标准值（kPa）；

——地基或土层的平均应力固结度；

——地基或土层垂直附件应力平均值标准值（kPa）；

——地基或土层的固结快剪内摩擦角标准值（°）。

已建防砂堤垂直荷载按图3分区计算，A区抛石厚度为2m，B区抛石平均抛石厚度为4.25m，C区抛石平均厚度为6.5m，抛石浮重度为10kN/m3。

图3 已建防砂堤地基土垂直荷载分区图

垂直荷载在地基土中引起的有效附加应力按照《港口工程地基规范》附录L计算。防砂堤堤身各分区在①层、②层土中有效附加应力计算结果如表2所示。

表2 地基土垂直荷载、有效附加应力计算表

已建防砂堤于2005建成，加高工程于2013年开始，已建防砂堤地基固结时间为8年。考虑黄骅地区经验及结合DJS（港口工程地基计算系统）程序计算，①层、②层地基土平均固结度均取0.8。根据确定的固结度、有效附加应力、天然地基土固结快剪内摩擦角，计算得出已建防砂堤堤身下①层、②层地基土抗剪强度增量及总抗剪强度如表3所示。

表3已建防砂堤下地基土抗剪强度增量、总抗剪强度计算表

4.地勘钻孔验证

为验证已建防砂堤下地基土的实际抗剪强度，对已建防砂堤下地基土进行钻孔取土，并做十字板原位剪切试验。钻孔一穿透原防砂堤抛石厚2.0m、钻孔二穿透原防砂堤抛石厚6.5m、钻孔三穿透原防砂堤抛石厚2.0m，钻孔在堤身位置如下图所示。

图4 已建防砂堤地质勘察钻孔位置图

通过钻探取土室内试验及现场试验，已建防砂堤下地基土含水率、孔隙比、原状土十字板抗剪强度如表4[2]所示。

表4地基土（加载排水固结后）物理力学指标表

5.综合分析

1）已建防砂堤结构堤身下铺设一层1m厚中粗砂排水垫层和打设塑料排水板，第一层淤泥土排水路径短、有效附加应力随深度衰少，故排水固结效果较为明显。①淤泥含水率由58.3%降至52.8%，孔隙比由1.588降至1.149，原状土十字板剪切强度由2.9kPa上升至9.1kPa，第一层土排水固结效果较为明显。第二层土排水路径长，有效附加应力随深度衰减大，故排水固结效果不明显，②淤泥质粉质粘土加载前后，含水率、孔隙比、原状土十字板剪切强度均变化不大。

2）根据确定固结度、有效附加应力、天然地基土固结快剪内摩擦角，按照《港口工程地基规范》推算正常压实粘土抗剪强度增量及总抗剪强度与地勘钻孔十字板抗剪强度几乎接近。规范计算得出①层、②层土总抗剪强度分别为8.52kPa、29.05kPa，钻孔地勘验证①、②层总抗剪强度为9.1kPa、26.3kPa，两层土总抗剪强度相对误差在10%以内。

6.结语

黄骅港已建防砂堤、防波堤使用功能将发生改变，部分防砂堤、防波堤将进行加高、加固改造，已建防砂堤、防波堤堤身下地基抗剪强度指标选取，对加高工程堤身断面影响较大。本文结合黄骅港某防砂堤工程，对地基土抗剪强度指标进行了推算，并将推算结果与地质勘察试验结果验证对比，得出第一层淤泥、第二层淤泥质粉质粘土总抗剪强度与地质勘察十字板原位试验结果比较接近。本文对地基土强度增长推算方法，可为黄骅港地区类似加高工程设计提供一些经验借鉴。

参考文献：

[1]交通部规划研究院.黄骅港总体规划[R].北京：交通部规划研究院,2006.

[2]河北地矿四水水文工程地质勘察有限公司.黄骅港散货港区二期围堰吹填工程岩土工程勘察报告,沧州:河北地矿四水水文工程地质勘察有限公司,2012.

[3]JTJ147-1-2010.港口工程地基规范[S].