摘要：堤防穩定計算主要包括滲流及滲透穩定計算、抗滑穩定計算和沉降計算，很少進行地基承載力計算。為避免堤防工程中由于地基承載力不足造成塌陷發生事故，本文提出了采用按限制塑性開展區開展深度的方法進行大堤地基承載力驗算，為工程設計和安全復核提供參考。
關鍵詞：大堤地基承載力;控制計算點;最小粘結力;基土粘結力
Abstract: In order to avoid collapse due to inadequate bearing capacity of foundation embankment project accident, this paper presents the limit plasticity to carry out the area to carry out the depth of the embankment, foundation bearing capacity checking, provide a reference for the engineering design and safety review.
Key words: levee foundation bearing capacity; control calculation point; minimum bond strength; bond strength of the base soil
中圖分類號：TU470 文獻標識碼：A 文章編號：
1 引言
《堤防工程設計規范》(GB50286-98)中，堤防穩定計算主要包括滲流及滲透穩定計算、抗滑穩定計算和沉降計算。且規范中均有具體方法及計算公式，關于地基承載力計算，除《水閘設計規范》中有所提及按限制塑性開展區開展深度的方法計算土質地基允許承載力外，并無其他復核驗算方法。而在一些工程中，由于地基承載力不足造成塌陷的事故也屢有發生，如浦東機場外側灘涂促淤圈圍工程—3#圍區圈圍工程施工時發生塌陷。可見，對堤防工程進行地基允許承載力驗算很有必要。
2 計算原理
根據《水閘設計規范》“附錄H地基允許承載力計算”，按限制塑性開展區開展深度的方法計算土質地基允許承載力。計算荷載分均布豎向荷載及豎向三角形分布荷載和水平向荷載，各部分荷載在限制塑性開展控制點產生的三個方向的地基應力分別疊加后計算控制點Ck值，Ck—滿足極限平衡條件時所需的地基土最小粘結力(kPa)。
各荷載作用下的地基應力計算詳見《水閘設計規范》“附錄H地基允許承載力計算”。
3 工程應用
3.1 工程概況
橫沙漁港位于長興島東南，橫沙航道西岸，是上海市唯一的國家一級漁港，橫沙漁港核心功能區位于漁港碼頭西側，其東側、北側均為毛竹圩大堤。漁港核心功能區總面積約13萬m2，分為加工物流區、冷藏補給區和基地配套區等三大功能區。主要建筑包括：2座冷藏組合庫、1座交易大廳、1座油庫以及2棟宿舍樓。
3.2 基本資料
大堤工程等級為Ⅰ等、1級，按地震基本烈度7度設防。地基承載力驗算水位組合為：大堤內側地下水取地表下1.00m，大堤外側潮位取多年平均潮位2.02m。
3.3 工程地質
根據《長興島毛竹圩灘涂圈圍達標工程工程地質勘察報告》，土層物理力學指標取用見表1所示。
表1 土層物理力學參數表
|
土層代號 |
土層名稱 |
容重γ(kN/m3) |
凝聚力C (kPa) |
內摩擦角φ(度) |
|
①2-1 |
堤身填土 |
18.6 |
7 |
31.0 |
|
①2-2 |
堤身填土 |
18.6 |
16 |
22.0 |
|
①3 |
淤泥質粉質粘土 |
17.7 |
10 |
24.5 |
|
②3 |
砂質粉土 |
18.5 |
4 |
33.0 |
|
②3t |
粉質粘土 |
18.1 |
11 |
24.0 |
|
④ |
淤泥質粘土 |
16.4 |
14 |
11.5 |
|
⑤ |
粘土 |
16.7 |
17 |
11.0 |
3.4 核心功能區建設項目運行期地基承載力復核
選取了9個具有代表性的典型斷面進行核心功能區建設項目運行期大堤地基承載力復核驗算。
核心功能區建設項目運行期大堤地基承載力復核的控制計算深度一般取1/4或1/3堤基寬度，大堤堤底一般較寬，因此計算寬度常采用1/4堤基寬度。堤底計算寬度, 一般不包括鎮壓層前較薄的拋石護底的寬度。各斷面的計算深度見表2，各斷面在運行期的地基承載力計算成果見表3。
表2 大堤運行期地基承載力復核各斷面控制計算深度統計表
|
計算斷面 |
1號斷面 |
2號斷面 |
3號斷面 |
4號斷面 |
5號斷面 |
6號斷面 |
7號斷面 |
8號斷面 |
9號斷面 |
|
計算深度（m） |
13.35 |
14.53 |
14.53 |
14.53 |
14.53 |
14.53 |
14.53 |
14.53 |
14.53 |
表3 大堤運行期地基承載力復核成果表
|
斷面編號 |
項目名稱 |
臨海側鎮壓層腳下方(kPa) |
臨海側堤腳下方(kPa) |
背海側堤腳下方(kPa) |
背海側鎮壓層腳下方(kPa) |
基土土層C（kPa） |
備注 |
|
1 |
19層宿舍樓 |
12.14 |
12.61 |
-0.09 |
-6.42 |
11.07 |
|
|
2 |
景觀堆土 |
13.85 |
13.87 |
-5.76 |
6.66 |
10.60 |
|
|
3 |
堤身內側布置有交通橋 |
14.00 |
14.15 |
-7.64 |
4.05 |
11.22 |
|
|
4 |
2層交易大廳 |
13.69 |
13.83 |
-10.47 |
4.08 |
11.22 |
交通橋上無車輛荷載 |
|
14.77 |
14.89 |
-6.79 |
2.33 |
交通橋上有消防車輛荷載 |
|
5 |
8層1~2#冷庫穿堂 |
14.17 |
14.33 |
-9.71 |
6.53 |
12.02 |
交通橋上無車輛荷載 |
|
14.59 |
14.73 |
-9.97 |
5.90 |
交通橋上有普通車輛荷載 |
|
6 |
7層1~2#冷庫收發貨間 |
14.48 |
14.59 |
-15.56 |
11.94 |
12.02 |
|
|
7 |
5層3#冷庫和交通橋 |
14.20 |
14.36 |
-9.35 |
5.66 |
11.98 |
交通橋上無車輛荷載 |
|
14.66 |
14.80 |
-9.99 |
6.63 |
交通橋有普通車輛荷載 |
|
8 |
5層3#冷庫 |
14.45 |
14.57 |
-13.12 |
10.28 |
11.98 |
|
|
9 |
油罐 |
13.95 |
14.22 |
1.22 |
-0.86 |
12.05 |
|
在運行期工況下，對大堤斷面進行地基承載力復核，對有交通橋的斷面，分為有車輛荷載和無車輛荷載的情況進行復核。從計算成果可以看出，臨海側鎮壓層下和堤腳下控制計算點的最小粘結力均大于基土土層粘結力，不滿足要求。
4 工程解決方案
4.1保灘方案
由于核心功能區運行期大堤堤身外坡地基承載力不滿足要求，外坡有塌陷的風險，故初擬了保灘方案。根據鎮壓加固要求，結合今后按200年一遇高潮位加12級風的防御標準進行加高加固達標工程建設的防滲要求，結合橫沙漁港景觀綠化要求，在毛竹圩大堤外側建保灘工程;高樁承臺的板樁在-2.5m線，頂高程及填土高程均為4.0m，臨海面距外坡腳35.3m。考慮到今后擬在北側堤北側實施圈圍工程，考慮在北側堤外設拋石鎮壓層，寬15m，厚1.5m。
4.2保灘方案地基承載力復核
設施保灘方案后，核心功能區運行期地基承載力復核成果見表4。
表4 設施保灘方案后核心功能區運行期堤身地基承載力復核成果表
|
斷面編號 |
項目名稱 |
臨海側鎮壓層腳下方(kPa) |
臨海側堤腳下方(kPa) |
背海側堤腳下方(kPa) |
背海側鎮壓層腳下方(kPa) |
基土土層粘結力C（kPa） |
備注 |
|
1 |
19層宿舍樓 |
6.98 |
7.72 |
-0.37 |
-6.82 |
11.07 |
|
|
2 |
景觀堆土 |
8.79 |
-12.61 |
6.68 |
6.93 |
10.60 |
|
|
3 |
堤身內側布置有交通橋 |
10.26 |
-8.29 |
2.61 |
4.22 |
11.22 |
|
|
4 |
2層交易大廳 |
10.28 |
-7.83 |
-0.83 |
0.48 |
11.22 |
交通橋上無車輛荷載 |
|
10.24 |
-8.66 |
1.00 |
0.75 |
交通橋上作用消防車輛荷載 |
|
5 |
8層1~2#冷庫穿堂 |
11.09 |
-6.34 |
-4.81 |
-2.16 |
12.02 |
交通橋上無車輛荷載 |
|
11.06 |
-6.78 |
-2.78 |
-0.87 |
交通橋上作用普通車輛荷載 |
|
6 |
7層1~2#冷庫收發貨間 |
11.01 |
-7.05 |
-0.24 |
4.95 |
12.02 |
|
|
7 |
5層3#冷庫和交通橋 |
11.10 |
-6.31 |
-4.33 |
-2.09 |
11.98 |
交通橋上無車輛荷載 |
|
11.07 |
-6.84 |
-2.71 |
-0.39 |
交通橋上作用普通車輛荷載 |
|
8 |
5層3#冷庫 |
11.05 |
-6.81 |
0.41 |
4.36 |
11.98 |
|
|
9 |
油罐 |
11.38 |
-4.78 |
2.94 |
1.89 |
12.05 |
|
堤身設施保灘方案后，在核心功能區運行期堤身基土各控制點計算粘結力均小于基土土層粘結力，滿足要求。
5 結語
本文通過對橫沙漁港核心功能區大堤地基承載力計算分析，定量提出堤腳下方控制點計算粘結力超過地基粘結力，平均超過22.5%，最大超過30.0%;大堤外坡有塌陷風險，需要鎮壓加固，并提出了推薦的工程解決方案——保灘方案。可見，大堤堤身穩定安全計算不僅包括抗滑穩定驗算、滲流穩定驗算、沉降驗算，還應進行大堤地基承載力驗算，減小大堤因地基承載力不足而塌陷的風險。
參考文獻：
[1] 水利部水利水電規劃設計總院. 堤防工程設計規范(GB50286-98) [S].中國計劃出版社, 1998.
[2] 江蘇省水利勘測設計研究院. 水閘設計規范(SL265-2001)[S]. 中國水利水電出版社, 2001.
[3] 上海現代建筑設計(集團)有限公司.上海市地基基礎設計規范(DGJ08-11-2010)[S]. 上海, 2010.
[4] 盧廷浩. 土力學[M]. 河海大學出版社, 2005: P267-P270.
[5] 王巖松, 張宏斌. 地基承載力計算理論發展與應用[J]. 長春工業大學學報(自然科學版), 2005(26): 169-172.
[6] 賈曉青, 張慧. 軟土地基承載力計算及其影響因素分析[J]. 人民長江, 2008(39): 109-111.
