堆場地基處理數(shù)值分析及軌道梁變位研究

葉祥記，周 佳（.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300；.中交天津港灣工程設(shè)計院有限公司 大連分公司，遼寧 大連 600）

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堆場地基處理數(shù)值分析及軌道梁變位研究

葉祥記1，周 佳2
（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222；2.中交天津港灣工程設(shè)計院有限公司 大連分公司，遼寧 大連 116001）

摘要：港口工程中位于深厚軟基上的堆場經(jīng)常采用預(yù)壓固結(jié)法進(jìn)行軟基處理，設(shè)計時需要考慮堆場的沉降、固結(jié)穩(wěn)定時間、施工階段的劃分，以及使用過程中堆場堆載對軌道梁的影響。本文利用巖土有限元軟件PLAXIS對某工程進(jìn)行了分析研究，給出了沉降量-時間關(guān)系、指導(dǎo)了合理的施工工序、并分析了地基處理后堆載對軌道的影響。

關(guān)鍵詞：軟土地基；排水固結(jié)；真空預(yù)壓

引 言

本文研究報告主要針對某海港工程陸域部分地基處理方案進(jìn)行數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬，給出合理的加載時間安排，預(yù)測沉降-時間關(guān)系、超靜孔隙水消散-時間關(guān)系，為地基處理設(shè)計提供合理的依據(jù)，并用于指導(dǎo)后期的施工。

1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料可知，本工程場地范圍內(nèi)所揭露的主要地層自上而下依次為：①粘土1、②粘土2、③細(xì)砂等。土體的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)中的相關(guān)資料以及相關(guān)工程經(jīng)驗見表1。

表1 土參數(shù)

2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓數(shù)值模擬

真空聯(lián)合堆載地基處理斷面如圖1所示。采用有限單元法進(jìn)行數(shù)值分析，計算模型如圖2所示。現(xiàn)階段各土層均采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型［1］，土體采用15節(jié)點單元模擬，排水板采用排水單元模擬［2］。施工加載階段如表2所示。

表2 地基處理階段

圖1 真空聯(lián)合堆載地基處理斷面

圖2 真空聯(lián)合堆載數(shù)值模擬離散模型

經(jīng)計算分析，地基處理固結(jié)穩(wěn)定后的整體沉降變形見圖3，最大沉降量為83 cm。

圖3 整體固結(jié)沉降變形

表3 地基處理各階段沉降量

取地基中的A點（見圖2）為考察點，地基沉降與時間的關(guān)系見圖4。

圖4 地基中A點沉降與時間關(guān)系

地基中的A點總孔壓、超靜孔壓與時間的關(guān)系見圖5和圖6。

圖5 地基中A點總孔壓與時間關(guān)系

各個階段地基總沉降量見表3。

圖6 地基中A點超靜孔壓與時間關(guān)系

卸載前土體內(nèi)總孔壓分布見圖7。

圖7 卸載前土體總孔壓分布

卸載前土體超靜孔壓分布見圖8。

圖8 卸載前土體超靜孔壓分布

3 堆煤荷載對軌道梁基礎(chǔ)的影響分析

地基經(jīng)真空預(yù)壓聯(lián)合堆載處理完畢后，軌道梁下方還需進(jìn)行混凝土攪拌樁處理，以減少軌道梁基礎(chǔ)由于堆煤荷載作用而產(chǎn)生的側(cè)向變形。堆煤取煤示意見圖9。

圖9 堆煤取煤示意

對軌道梁基礎(chǔ)最不利的工況為：一側(cè)滿載，另一側(cè)空載。本次分析僅針對最不利工況進(jìn)行分析。數(shù)值分析時，淤泥土層采用排水固結(jié)后的指標(biāo)。計算模型如圖10。

圖10 堆煤對軌道梁基礎(chǔ)影響計算模型

經(jīng)分析整體的變形見圖11。

圖11 整體變形

為考察堆煤荷載對軌道梁基礎(chǔ)的影響，選取堆煤坡腳處B點（見圖10）進(jìn)行考察。經(jīng)塑性有限元分析，軌道梁基礎(chǔ)水平最大位移為3.2 cm，迭代步與位移關(guān)系見圖12；豎直最大位移為2.5 cm，迭代步位移關(guān)系見圖 13。軌道梁基礎(chǔ)的絕對位移為4.1 cm，見圖14。

圖12 軌道梁基礎(chǔ)水平最大位移

圖13 軌道梁基礎(chǔ)豎向最大位移

圖14 軌道梁基礎(chǔ)最大位移

4 結(jié)論與建議

從上述數(shù)值模擬的結(jié)果來看，本次地基處理設(shè)計方案是合理可行的。經(jīng)分析，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓地基處理后，陸域總沉降量為83 cm；各個施工階段時間的安排能有助于超靜孔隙水壓的消散，以滿足施工要求；軌道梁下布置攪拌樁可以有效減小堆煤荷載對其的影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 龔曉南.土塑性力學(xué)（第二版）［M］.浙江大學(xué)出版社，1999.

［2］ Introductory version of Plaxis Code.Plaxis BV， P.O.Box 572，2600 AN Delft The Netherlands， 2000.

Numerical Analysis of Foundation Treatment and Deflection Study of Rail Beam in Stockyard

Ye Xiangji1，Zhou Jia2
（1.CCCC First Harbou Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China；2.Dalian Branch of Tianjin Port Engineering Design & Consulting Co.， Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.， Ltd.， Dalian Liaoning 116001， China）

Abastract：In harbour engineering， stack yards are often located on soft subgrade， and vacuum preload method usually carried out to improve the soil.When improving soft soil， it needs to take into consideration the huge settledown， consolidation time and construction phases.In this paper， the commercial FEM software PLAXS is taken to perform some analysis to meet the design requirements.

Key words：soft soil foundatioin； drainage consolidation； vacuum preload

分類號：TU472.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）02-0088-04

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160223

收稿日期：2015-05-30

作者簡介：葉祥記（1980-）， 男，高級工程師，主要從事港口工程和巖土工程設(shè)計與數(shù)值分析工作。