有纺土工布在薄层软土海堤工程中的应用

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1、工程概述 
    在1997年的11号台风后，XXXX山港中部的XX塘海堤需新建,工程投资约1100万，总长1800米，海涂面平均为0高程，采用12T/m的高强土工布加砂卵石垫层处理薄层软土后，拟建成堤顶高5.6米，宽3.0，防浪墙高6.8米的标准海堤，目前堤线工程进展顺利，已达到设计高程，在这样软弱的地基上建堤而未发生过滑动，达到了预期的地基处理效果，海堤断面如下：
    2、工程地质条件 
    根据本工程的《XXX地质勘察报告》,已揭示的土层可分为三个土层。第1层为海相淤积的淤泥层，厚度在4.0米~6.0米间,呈饱和~流塑状,γ=16.1KN/m3,ω=69.7% ,φ=1.5°,c=4.5Kpa ,fk=30Kpa 。第2层为混有少量砾砂的粉质粘土，该层较薄，仅0.5米，γ=19.0KN/m3,ω=27% ,φ=23°,c=22.0Kpa ,fk=180Kpa 。第3层为泥砂砾石层属洪积沉积土层γ=19.5KN/m3,ω=24%,φ=26°,c=16Kpa ,fk=200Kpa 。厚度未钻穿，但大于10米厚。 
    3、地基处理方案的比较 
    在这样的软基上建堤，一般要采用排水固结、深层密实或加筋等方法进行地基处理。其中排水固结法因考虑工程所在地离砂源较远，出于经济角度未采用砂井法,而取塑料排水板法参与方案比较；深层密实法中选用粉体喷射搅拌桩方案; 加筋法则采用高强土工布结合砂卵石垫层的处理方案，本方案施工简便、快捷并且节省工程造价,本文将结合实例工程介绍其在设计的主要计算环节以及与施工中要引以注意的问题。
    因不同的地基处理方案，会得到不同的地基强度这也影响堤线上部工程造价，为此对以上三种方法各拟出一种设计方案，根据本工程水文地质条件而在施工难易、处理后基地基强度变化情况、工程投资三个方面作比较如下表。 
    各方案综合比较表　　　 　　　造价以每米计 
 　项目方案 施工难易 地基强度(Kpa)造价(元) 
    初期 后期 地基处理 上部工程 合计
    塑料排水板 中 30 <50800 5100 5900 
    粉喷搅拌桩 难 59 59 23003800 6100 
    土工布垫层 易 62 >621060 4500 5560 
    经以上比较，可见土工布垫层法施工较为简易，初期强度较高，并且结合砂卵石垫层对后期地基排水固结，也能有效提高地基强度；而粉喷搅拌桩则后期强度几乎不会增长，又因在工程地处低高程处，设备会因受潮水影响而有一定施工难度；排水板则早期强度太小，固结时间长，不利于上部工程的施工,会影响工程进度，还因土层较薄而不能完全发挥出其良好的排水固结作用。另外从经济上比较，土工布垫层法也最为节省,所以在本工程采用土了工布结合砂卵石垫层的处理方案。
    4、加筋设计的计算要点 
    4.1计算地基极限承载力以确定一次抛石高度
    按PS+C=a.c.Nc+2p.sinθ+β.Nq.p/r计算
    a 、β—地基土的形状系数 
    c—土的粘聚力
    Nc、Nq—承载力系数 
    p—土工布抗拉强度 
    θ—土工布倾角 
    4.2按《土工合成材料应用技术规范》验算薄软土层中土工材料顶抗滑力,硬下卧层顶面的抗滑力, 薄层软土的抗挤出力。确定工程中薄软土层经过加土工布后的稳定性，以及土工布对上部工程的影响。 
    4.3 断面整体的稳定性分析 
    对于可能形成的整体滑动，经简化的毕肖普法电算，应用有纺土工布的良好抗拉性能，使整体滑动的安全系数有效提高。以本工程的内坡为例，其未设土工布时安全系数为0.88，经加设土工布再计算，结果提高到了1.10以上。 
    一般有纺土工布的强度主要决定于它的厚度，通过以上三项的计算，分别可以推出所需的最大抗拉强度，然后选择经济合适的土工布。 
    5、施工中应注意的问题 
    5.1施工中要保护好土工布不与尖锐的块石直接接触，最好设置砂垫层，因为刺破后会形成应力集中而撕开而失去作用。
    5.2有纺土工布的横向抗拉性能比纵小很多，加上搭接也常形成薄弱环节，铺设后筑堤时要逐步加高，以免产生沿堤线纵向的开裂，而一旦开裂，也很难处理。
    5.3在筑堤施工中要逐步加荷，两边保持平衡，使土工布与地基处于良好的受力状态，不致被破坏，以利于地基的排水固结而进一步提高地基强度。
    6、结语
    总的说来，应用土工织物作为堤坝底面垫层它除了提高地基承载力、增加地基整体稳定性外还减少堤底的沉降差，另外由于加设的土工布也约束堤基的侧向变形。虽然它们的作用机理还不很成熟，但在工程实践中的良好效果是肯定的，特别是在处理薄层软土的堤坝工程中其经济性、可靠性与易施工的特点更为明显。