郭 霖

（闽南理工学院土木工程学院(绿色建筑施工与管理福建省高校工程研究中心)，福建 泉州 362700）

海涂围垦中比较重要的工程之一是海堤工程，与人民生命财产的财产安全与生命安全有着紧密的联系。海涂围垦工程逐渐增多，向着低滩围涂方向开发，低滩围涂一般属软土地基，为有效提升提高软土地基的稳定性，可充分运用土工织物，其具有良好的过滤、排水及隔离效果。本文为了有效研究模袋砂围堤稳定性受模袋砂参数的影响作用，以三维有限元法进行仿真分析，得到了以下研究内容。

1 工程概况

本文选取了福建省内和江苏省模袋砂围堤类中的中隔断面设计作为工程研究案例，其中江苏省计划开发模袋砂围堤，有177.05km 的促淤导堤总长，675.28km的新筑围海围堤长度，1804.77km2的新围垦面积。模袋砂围堤的建筑与模袋围堰具有相同的功用，在砂水混合物灌入模袋中进行水力吹填，模袋中的泌水在固结之后，砂料能形成较密实的填筑体，和模袋共同作用之下构成定型的围堤。本文研究了条子泥设计的中隔断面，具有2.64m 的上游高水位，8.6m 的围堤顶宽，1∶2的坡度值，5m 高度[1]。

在研究中运用基本物理力学性质实验研究模袋砂围堤整体稳定性，及可能影响稳定性的具体因素。试验中，分析软土地基与围堤所用模袋材料对工程所能够具有的作用，在物理学实验中能够看到具有7.86MPa 的袋内砂泥混合物的压缩模量，具有2.10MPa 压缩模量的淤泥质粉质黏土。在固结时能够达到1.60kg/m3的密度、9°摩擦角、7.1kPa 的黏聚力。其他的指标参数分别为，具有0.07～0.5mm 等效孔径，0.2kg/m2 模袋单位面积质量，40kN/m 的纵向抗拉强度，2.71mm 厚度以及0.2kg/m2 单位面积质量的模袋，能够达到6.2kN/m 的横向抗拉强度，28°模袋摩擦角，具有3200N 的CBR顶破抗拉强度，具有17°模袋与砂的摩擦角[2]。

2 分析模袋砂围堤稳定性

研究中以Abaqus 软件分析模袋砂围堤整体稳定性，运用强度折减法分析，其判别标准为不收敛，以MC 准则计算模袋砂。

工程运行过程中，模袋砂围堤整体安全系数受袋内填砂厚度、含砂强度参数及模袋抗拉力等因素的影响，计算过程中变量是充填饱满度、含泥砂黏聚力、模袋横向抗拉强度以及含泥砂黏聚力，收集数据并分析，最终得到以下计算结果[3]。

图1 模袋砂围堤整体安全系数计算结果

图1中可知，在（a）中，模袋砂围堤整体安全系数受到较大程度的模袋横向抗拉强度的影响作用，两者之间呈正比关系，围堤整体安全系数也呈现出了明显的增长变化特征，在模袋厚度增加的背景下，也会消耗较大的费用，因此此方法执行可行性不高。在（b）中，模袋砂围堤安全系数也受到含砂黏聚力的较大程度的影响，在含砂黏聚力为5kPa 情况下，围堤整体安全系数数值为1.190，在27kPa情况下，安全系数数值达到了1.538，可知黏聚力与土体抗剪强度也呈正比关系，在黏聚力的增加的情况下，土体抗剪强度也随之增大。据此结论，在围堤的整体安全系数较低的情况下，为了提高模袋砂抗剪强度可以添加水泥等固化剂，通过控制模袋砂围堤实现较为良好的整体稳定性。

在（c）中，可知模袋砂围堤整体安全系数与充填袋层厚之间呈反比关系，在充填袋层厚的增加的情况下，模袋砂围堤整体安全系数也呈现出了明显地降低现象。在模袋内层厚增加的情况下，会明显降低含砂本身抵抗滑移能力，会降低围堤整体安全系数[4]。在（d）中，能够看到围堤整体安全系数较明显地受到模袋充填饱满度的影响，呈正比关系，实际的运用过程中为了达到良好的效果，需将饱满度尽量超过90%。在下图2三维有限元计算的塑性区域是在达到90%充填饱满度，100cm 充填袋层厚与27kPa 模袋砂黏聚力的情况下所得到的结果[5]。

图2 三维有限元计算的塑性区域

3 结论

通过以上的分析，虽然模袋横向抗拉强度提升的情况下能够明显增强围堤整体安全系数，但同时工程费用也明显增加，由此这种计算方式不具有可行性。

在提升模袋砂围堤整体安全系数层面上含砂黏聚力作用明显，可以综合采用使用水泥等固化剂等操作方式，最终有效实现控制模袋砂围堤整体稳定性的效果。

为了达到良好的施工效果，可以将模袋砂充填袋层厚度控制在80cm 以下，是因为超过80cm，会明显降低含砂本身抵抗滑移能力，降低围堤整体安全系数。围堤整体安全系数较为明显地受到模袋充填饱满度的影响，呈正比关系，因其具有较为密实的含砂量，显著地提升了模袋砂的摩擦角与黏聚力，要求将饱满度尽量保持在超过90%。