基于压载挤淤理论下斜坡式防波堤工程施工中挤淤厚度研究

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  摘 要:在斜坡式防波堤施工方案中,堤身推填挤於加坡脚位置拱起淤泥包开挖换填大块石施工工艺在实际生产活动中应用较广,该组合方案较之全断面开挖淤泥换填开山石施工成本更低。本文将基于压载挤淤理论,对斜坡式防波堤施工过程中挤於厚度做简单研究。
  关键词:压载挤於理论;防波堤;挤於;研究
  压载挤淤理论认为在淤泥(质)土中的抛填体压力(包括大型车辆、施工机械行走及工作压力)超过淤泥(质)土极限承载能力时,淤泥(质)土产生整体剪切破坏、两侧淤泥(质)土向上翻涌、隆起,并在淤泥中产生连续的滑动面。填筑体便挤开淤泥,下沉至一定深度。达到新的极限平衡状态,产生压载挤淤效果。压载挤淤后的填筑体,其承载能力远大于淤泥(质)土,且由于压载挤淤的作用,填筑体可以达到淤泥(质)土层以下的持力层,因而地基承载力提高;即使填筑体未达到淤泥(质)土层以下的持力层,由于填筑体的自重预压与填料之间的缝隙将使底部淤泥(质)土有一个固结排水的过程,也可以改善残留淤泥(质)土的物理力学性质,提高淤泥(质)土的承载力。
  一、防波堤工程施工中压载挤淤理论的应用
  防波堤为长条形构筑物,可采用条形基础地基极限承载力计算理论来计算防波堤的有效挤淤厚度,在计算中需假定防波堤抛石断面为矩形。
  目前常用的有效挤淤厚度公式基于淤泥(质)土的内摩擦角等于0,采用极限平衡分析法推导而出。
  在实际工程中,淤泥(质)土的内摩擦角不等于0,为了考虑以上两项因素对抛石挤淤有效挤淤厚度的影响,需基于极限平衡分析方法重新推导抛石挤淤的有效挤淤厚度公式。
  二、基本假定
  1. 假定基底面是粗糙的,具有很大的摩擦力,当淤泥(质)土层发生整体剪切破坏,并形成延伸至基底平面高程处的连续滑动面时,基底以下有一部分土体将随基础一起移动而始终处于弹性状态,该部分土体称为弹性楔体。弹性楔体的边界ab为滑动边界的一部分,并假定与水平面的夹角为?鬃。
  2. 除弹性楔体外,在滑动区域范围内的所有土体均处于塑性平衡状态,滑动区由径向剪切区Ⅱ和朗肯被动区Ⅲ组成,径向剪切区的边界bc由对数螺旋曲线表示:
  3.不考虑基底以上基础两侧土体的抗剪强度影响,考虑基底以上基础两侧土体土体自重,采用相应的均布超载q=γD来代替。
  三、极限承载力公式
  根据上述基本假定可由图 中的弹性楔体aba1的平衡条件得出整体剪切破坏时的极限荷载Qu为:
  防波堤如要将淤泥(质)土层完全置换,则需要其上压载的重点能使持力层发生整体的剪切破坏。因而式(11)、(12)、(14)中的内摩擦角因取为持力层剪切参数。
  在淤泥(质)土中,由于填料荷载的很快施加,从而引起的超静水压不能消散,淤泥(质)土没有时间在这种荷载产生的围岩下固结。因而淤泥(质)土层的抗剪强度指标需选用快剪强度指标。随着填料荷载的增加,淤泥(质)土逐渐被挤出,当挤淤达到一定深度时,由于压载造成的滑动面将经过淤泥(质)土层和粉质粘土层,为了方便计算,取淤泥(质)土层和粉质粘土层强度指标的平均值用于计算有效挤淤厚度。
  淤泥质土内粘聚力取为2.1kPa,内摩擦角取为2.7°,容重为16.8 kN/m3。粉质粘土的内粘聚力取为23.6kPa,内摩擦角取为16.5°,容重19.3 kN/m3。取为抛石容重取为21kN/m3。
  五、有效挤淤厚度影响因素分析
  1、压载重量影响
  有效挤淤厚度与防波堤断面高度成线性关系,随着有效挤淤厚度的增加,防波堤所需断面高度增大。有效挤淤厚度每增加0.5m,防波堤的断面高度需要增加1m。
  2、防波堤堤宽影响
  取挤淤厚度为5.0m,计算防波堤堤宽由5.0m变化到18.0m时,防波堤挤淤最小所需高度值。在有效挤淤厚度相同的情况下,防波堤身宽度与防波堤断面高度成线性关系,随着防波堤堤身宽度的增加,防波堤所需断面高度增加。
  六、小结
  基于压载挤淤理论,推导了抛石挤淤有效挤淤厚度的计算公式。得出防波堤断面所需高度与有效挤淤厚度和防波堤堤宽成线性关系。有效挤淤厚度或防波堤堤宽的增加,则所需防波堤断面高度增加。
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