莫春华

（珠海市水利勘测设计院 广东珠海 519000）

1 引言

珠海市位于广东省珠江口的西南部，是珠江三角洲南端的一个重要城市。珠海境内河网纵横交错，蜿蜒向海，主要河流有磨刀门、金星门、坭湾门、鸡啼门、虎跳门、前山水道、湾仔澳门河段、南水沥等。珠江由西江、北江、东江和流溪河组成，经八大口门入海。其中磨刀门、泥湾门、鸡啼门和黄茅海水道经金湾区入海。珠海境内临海和临河区域的地层分布情况多为（按自上而下的顺序）：人工填土层→海陆交互相沉积层（淤泥层和淤泥质土层）→下伏的亚黏土层、粗砂层、残积土层→基岩风化层。人工填土层的厚度较薄，海陆交互相沉积层的厚度为20～65m。淤泥和淤泥质土这些软弱地层对堤防工程设计的边坡抗滑稳定计算影响较大，边坡抗滑稳定对软弱地层的地质参数更为敏感。下面将主要对含有软弱地层的珠海地区堤防工程边坡抗滑稳定计算进行分析与研究。

2 边坡抗滑稳定计算方法

根据GB50286—98《堤防工程设计规范》，边坡抗滑稳定计算方法由于对土体抗剪强度计算方法的不同，分为总应力法和有效应力法。稳定渗流期（设计洪水位工况、多年平均水位遇地震工况）采用有效应力法计算，设计洪水位骤降期和施工期采用总应力法计算。稳定渗流期、水位骤降期和施工期的边坡抗滑稳定安全系数的计算公式分别见（1）式、（2）式和（3）式。

式中：K为抗滑稳定安全系数；W为条块重力，W=W1+W2+ρwZb，kN；W1为堤坡外水位以上的条块重力，kN；W2为堤坡外水位以下的条块重力，kN；Z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离，m；u为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力，kPa；ui为水位降落前堤身的孔隙压力，kPa；β为条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角；γw为水的重度，kN/m3；b为条块的宽度，m；C'、Ccu、Cu为土的抗剪强度指标，kPa；φ'、φcu、φu为土的抗剪强度指标。

由（1）式、（2）式、（3）式可知，在堤坡外水位边界条件已定的情况下，各种工况下的边坡抗滑稳定安全系数主要取决于土的抗剪强度指标值。

3 边坡抗滑稳定计算分析

珠海地区软弱地层上的堤防工程边坡抗滑稳定计算，一直是个值得分析与探讨的论题。因为看似低矮而稳定的堤坡设计断面，在稳定渗流期和水位骤降期工况，其抗滑稳定安全系数均满足规范要求，而在施工期工况，其抗滑稳定安全系数居然远小于规范的允许值。现状一直维持稳定状态的旧堤坡断面，在验算其施工期工况时，其抗滑稳定安全系数居然也时常小于1.0。这种现象的出现使得边坡抗滑稳定计算变得难以理解，尤其是在缺少土层参数的情况下，更难以定性分析和定量计算。这就需要工程设计人员将初始计算结果与实际状况结合进行分析，找到计算的实际依据，使得初始计算结果与实际状况相符。在此基础上再完成边坡抗滑稳定计算分析和方案设计。

在珠海地区几个含有软弱地层的堤防工程边坡抗滑稳定安全系数计算时，选取了堤坡的代表断面或最危险断面来计算。结果表明，由于较厚软弱地层的存在，现状堤坡的施工期抗滑稳定安全系数集中在0.60～0.95；加固设计后堤坡的施工期抗滑稳定安全系数集中在0.30～0.90，抗滑稳定安全系数远不满足规范要求。实际上现状堤坡在施工完建时是稳定的，其它边界条件未发生改变，时隔多年目前仍保持稳定。而边坡抗滑稳定对软弱地层的地质参数更为敏感，说明施工期总应力法采用的软弱地层的不固结不排水剪指标值Cu和φu并非是接近实际状态的指标值。所以可以取现状堤坡断面的施工期抗滑稳定安全系数为临界值，即Ks=1.0，反算软弱地层多年后的或更接近实际的不固结不排水剪指标值Cu′和φu′。然后再用Cu′和φu′计算加固设计后堤坡的施工期抗滑稳定安全系数。一般将这种方法称为施工期反算参数法。此方法是有一定的实际依据性的，使得反演的初始计算结果与实际状况相符。

当然，即使应用施工期反算参数法也不一定能完全保证堤坡初始加固设计方案的施工期抗滑稳定安全系数能满足规范要求，有时只是小幅度地提高了施工期抗滑稳定安全系数。这时需要调整堤坡的初始加固设计方案，比如堤坡变缓、堤身变矮、堤坡增加钢筋混凝土护面、堤前和堤后增加反压平台等，直到加固设计后堤坡的施工期抗滑稳定安全系数能满足规范要求为止才能最终确定加固设计方案。

如果软弱地层的抗剪强度指标值很低，或者是由于其它客观条件的限制，调整堤坡的加固设计方案后其施工期抗滑稳定安全系数仍不能满足规范要求，那么就需要在施工期采取地基处理措施以及进行分期施工。一般是选择打入塑料排水板对地基进行排水固结。这时软土层地基的平均固结度可按SL435—2008《海堤工程设计规范》附录N 的计算公式进行计算，这里不再一一列出。一般经过几个月的排水固结后，软土层地基的平均固结度可达到50%～80%，则此时软弱地层在施工期的抗剪强度增长为Ct和φt，按下式进行计算。

式中：Ct为时间t时的凝聚力，kPa；φt为时间t时的内摩擦角；Cu为三轴不固结不排水剪指标凝聚力，kPa；φu为三轴不固结不排水剪指标内摩擦角；Ccu为三轴固结不排水剪指标凝聚力，kPa；φcu为三轴固结不排水剪指标内摩擦角；U为软土层地基的平均固结度。

一般来说，调整堤坡的加固设计方案后，再通过塑料排水板对地基进行排水固结，再辅以分期施工。将Ct和φt代入施工期抗滑稳定安全系数计算公式中，基本能够保证加固设计后堤坡的施工期抗滑稳定安全系数满足规范要求。施工完建期堤坡能保持稳定状态，也即在施工期采取工程措施使得工程得以顺利建设。

4 工程实例

这里以珠海航空产业园白龙河尾围填造地工程为例（以下简称白龙河尾围填造地工程）来说明以上的边坡抗滑稳定计算分析的可行性和实际应用性。

依据围内的不同陆域回填材料，白龙河尾围填造地工程可分为淤泥回填和粗砂回填两种方案。根据堤防有无旧堤反压，白龙河尾围填造地工程又可分为旧堤反压和新堤两种方案。按照围内的陆域淤泥（砂）填高，白龙河尾围填造地工程可分两期施工，一期施工陆域淤泥（砂）填高到1.60m 的高度，二期施工即完建时陆域淤泥（砂）填高到3.50m 的高度。本次选择淤泥软弱地层最厚处 65m 的最危险设计断面（桩号K2+000）进行稳定分析。

首先依据初始横断面设计图进行边坡抗滑稳定计算，其施工期抗滑稳定安全系数为0.23～0.40。现状旧堤的施工期抗滑稳定安全系数也只有0.71。因现状旧堤在施工完建时是稳定的，其它边界条件未发生改变，目前旧堤仍保持稳定，所以取旧堤断面的施工期抗滑稳定安全系数为临界值1.0，反算淤泥层的不固结不排水剪指标值和，详见表1。

表1 淤泥层的不固结不排水剪指标

初始设计方案还采取了地基处理措施，即在堤防范围每隔1.0m 间距打入25m 长塑料排水板对淤泥层进行排水固结。利用平均固结度的公式计算出淤泥层经6 个月排水后的总平均固结度为76%，此时施工期淤泥层强度得到增长，不固结不排水剪指标值Cu′和φu′分别增长为Ct和φt，即Cu′由4.0kPa 增长为5.0kPa，φu′由7.6°增长为10.0°。将Ct和φt代入施工期抗滑稳定安全系数计算公式中，初始横断面设计图的抗滑稳定安全系数仍然只有0.90～1.04，小于规范允许值1.15。

至此，初始设计方案必须作一定的调整。经过反复调整、计算，设计方案调整为：在初始设计方案的基础上，抛石反压平台从8.0m 长调整为25.0m 长，且抛石反压平台底部需加深1m 抛石。围内侧膜袋砂底部的最边缘需顺延20.0m 长距离打入塑料排水板。在一期施工完毕后，利用排水板加强排水6 个月后，再继续施工到完建状态。设计方案调整后，其施工期抗滑稳定安全系数均满足规范要求。这样才能最终确定白龙河尾围填造地工程的设计方案。安全系数计算结果详见表2。

表2 施工期边坡抗滑稳定安全系数

施工期反算参数法在几个含有软弱地层的堤防工程中都得到了应用，并且在此基础上确定的设计方案在施工期中已安全、稳定施工。目前在这几个工程的整个施工期过程尚未出现边坡滑动等不稳定问题，说明施工期反算参数法及反算后的边坡抗滑稳定计算和确定的设计方案是有可行性和应用性的。

5 结论与展望

计算中引入了施工期反算参数法对珠海地区软弱地层上的堤防工程边坡抗滑稳定进行了分析与研究。反演所得的初始计算结果与实际状况相符。在此基础上完成了边坡抗滑稳定计算分析和方案设计，并且以具体工程实例说明了这种分析过程的可行性和实用性。

目前，珠海地区软弱地层上的堤防工程边坡抗滑稳定计算也在考虑水位骤降期反算参数法的实际应用，但是不管是施工期反算参数法还是水位骤降期反算参数法的应用都需要更多工程实例的不断验证才能得以普遍推广应用。

1 GB50286—98 堤防工程设计规范.北京：中国计划出版社，1998.

2 SL435—2008 海堤工程设计规范.北京：中国水利水电出版社，2008.

3 DB44/T182—2004 广东省海堤工程设计导则（试行）.天津：新蕾出版社，2004.