堤后填土地基處理方式對(duì)框架海堤位移的影響分析

翁浩軒，胡曉明，詹敏杰

（浙江廣川工程咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 310020）

堤后填土地基處理方式對(duì)框架海堤位移的影響分析

翁浩軒，胡曉明，詹敏杰

（浙江廣川工程咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 310020）

以溫州市靈昆南線新型框架結(jié)構(gòu)海堤為工程背景，通過(guò)MIDAS有限元分析軟件，分別對(duì)堤后填土地基采用板樁處理、抗滑樁處理以及水泥攪拌樁處理方案進(jìn)行模擬分析，比較各方案對(duì)框架海堤位移的不同影響，從而確定最優(yōu)方案。結(jié)果表明，水泥攪拌樁處理方案在工程造價(jià)和處理效果方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)，為最優(yōu)方案。

板樁處理；抗滑樁處理；水泥攪拌樁處理；MIDAS；位移

輕型框架結(jié)構(gòu)海堤常常應(yīng)用于沿海地區(qū)，海堤斷面型式常為階梯式，堤背水側(cè)閉氣土體直接位于軟土地基上，隨著海堤的高度不斷增加，堤內(nèi)側(cè)的填土高度也不斷加高，若不進(jìn)行相應(yīng)的地基處理，堤內(nèi)側(cè)填土產(chǎn)生過(guò)大的沉降，導(dǎo)致土體整體滑動(dòng)，直接影響框架海堤結(jié)構(gòu)的整體安全和穩(wěn)定[1]。因此，堤內(nèi)側(cè)地基土需進(jìn)行地基處理后才能填土。本文采用MIDAS軟件分別對(duì)板樁、抗滑樁及攪拌樁處理堤內(nèi)側(cè)軟土地基進(jìn)行計(jì)算，分析不同地基處理方式對(duì)閉氣填土和框架海堤位移的影響，從而確定最優(yōu)方案。

1 工程背景

以溫州市靈昆南線新型樁基框架海堤為工程背景，框架海堤坐落于現(xiàn)狀灘涂淤泥面上，堤斷面采用階梯式輕型框架結(jié)構(gòu)?？蚣芑A(chǔ)采用混凝土灌注樁，將上部荷載傳至持力層?？蚣芡鈧?cè)設(shè)鎮(zhèn)壓平臺(tái)，表面大塊石拋理，內(nèi)側(cè)為防滲閉氣土體。新型樁基框架海堤斷面見(jiàn)圖1。

圖1 新型樁基框架海堤典型斷面[2]

2 計(jì)算模型

考慮結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，取單個(gè)框架單元建模，沿堤軸線方向長(zhǎng)24.0m，橫斷面方向長(zhǎng)265.0m，土層從粉質(zhì)黏土到圓礫土總厚度76.0m。堤身欄桿、路面裝飾層按荷載輸入。

灌注樁采用1D線性梁?jiǎn)卧溆鄦卧獮?D實(shí)體單元，共劃分471366個(gè)單元。模型地基土層采用地面支撐約束，其他結(jié)構(gòu)和土體采用對(duì)稱(chēng)約束[3]。模型網(wǎng)格見(jiàn)圖2。

圖2 模型網(wǎng)格劃分圖

樁基框架結(jié)構(gòu)、拋石層及圓礫層假定為線彈性體；其余土體采用摩爾 — 庫(kù)倫土體本構(gòu)模型；模型材料參數(shù)參考工程地勘報(bào)告見(jiàn)表1。

表1 模型材料參數(shù)表

為比較閉氣土方區(qū)域不同地基處理方案的效果，分別建立不處理、雙排板樁、抗滑樁、水泥攪拌樁以及單排板樁5種模型工況（見(jiàn)表2）。在各工況混凝土方量或水泥土方量基本相同的條件下，分析不同工況的工程效果。

表2 地基處理工況表

模擬實(shí)際施工流程，模型劃分6個(gè)施工加載階段：初始地應(yīng)力平衡、樁基施工、地基處理、上部框架堤身施工、拋石鎮(zhèn)壓層施工、閉氣土方施工。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 豎向位移計(jì)算結(jié)果

堤后填土地基分別采用板樁處理、抗滑樁處理以及水泥攪拌樁處理時(shí)，框架海堤及其堤后填土的豎向位移變化見(jiàn)圖3。

圖3 豎向位移變化圖

3.2 水平位移計(jì)算結(jié)果

堤后填土地基分別采用板樁處理、抗滑樁處理以及水泥攪拌樁處理時(shí)，框架海堤及其堤后填土的水平位移變化見(jiàn)圖4。

圖4 水平位移變化圖

3.3 結(jié)果分析

各工況下堤防沉降和水平位移見(jiàn)表3。由表3可知，地基不處理工況下填筑閉氣土方，地基土沉降達(dá)86.40cm，與框架結(jié)構(gòu)堤身沉降差達(dá)77.13cm，在地基土沉降及水平擠壓帶動(dòng)下，框架結(jié)構(gòu)堤身水平位移達(dá)到21.80cm。

采用不同地基處理方案后，地基土沉降、沉降差及框架堤身水平位移均顯著下降，雙排板樁、抗滑樁、水泥攪拌樁以及單排板樁地基處理后較未處理工況的減小率見(jiàn)圖5。

4種處理工況下地基土沉降分別降低59%、27%、45%、33%，土體與框架堤身沉降差分別降低64%、31%、55%、40%（見(jiàn)圖5）；雙排板樁和水泥攪拌樁處理均能使填土地基土整體進(jìn)行加固，填土沉降相對(duì)較小，而抗滑樁和單排板樁處理的區(qū)域較其他2種方式效果有限，抗滑樁和單排板樁周邊的土體受約束作用也相對(duì)較小，上部填土荷載仍會(huì)傳遞到周邊軟弱土層上，無(wú)法達(dá)到復(fù)合地基的作用[4]，所以沉降相對(duì)較大。未處理 86.4077.1321.80雙排板樁 35.1425.538.42抗滑樁 62.9052.9012.10攪拌樁 47.06 34.6811.10單排板樁 57.4445.9410.35

表3 各工況下變形統(tǒng)計(jì)表 cm

圖5 不同方案下位移沉降結(jié)果比較圖

4種處理工況下框架堤身水平位移降低分別為60%、42%、47%、50%，效果最優(yōu)為雙排板樁，其次為水泥攪拌樁和單排板樁，抗滑樁效果相對(duì)較差。板樁為鋼筋混凝土材料，屬于剛性樁，樁體附近土體無(wú)法直接接觸堤身，此時(shí)樁周土體位移也較小，填土對(duì)堤身的水平作用較弱[5]，所以堤身水平位移較小。水泥攪拌樁可以加固整個(gè)較大范圍內(nèi)的土體，但樁間距較大且樁體的長(zhǎng)度有限，周邊土體受上部填土荷載作用后，土壓力會(huì)通過(guò)樁間土傳遞到框架堤內(nèi)側(cè)，從而導(dǎo)致堤身水平位移較板樁處理方案大?？够瑯兜臉堕L(zhǎng)較長(zhǎng)且處理土體較深，但是樁側(cè)土受上部荷載作用后變形逐漸增大，作用于抗滑樁的土壓力也逐漸增大，抗滑樁發(fā)生位移變化后，使土壓力間接傳遞到堤身內(nèi)側(cè)，從而導(dǎo)致堤身水平位移減小率較板樁處理方案小。而水泥攪拌樁雖然可以加固較大范圍的土體，但是由于攪拌樁的樁間距較大，而且樁體長(zhǎng)度有限，周邊土體受上部填土荷載作用后，土壓力通過(guò)樁間土傳遞到框架堤內(nèi)側(cè)，從而導(dǎo)致堤頂水平位移減小率較板樁處理方案小。

可判斷各地基處理方案工程效果為：雙排板樁 ＞ 水泥攪拌樁 ＞ 單排板樁 ＞ 抗滑樁。

另外，各方案的實(shí)際施工工藝有所差異，工程投資比較見(jiàn)表4。

表4 不同處理方案工程造價(jià)比較表

綜合考慮各方案的處理效果、工程造價(jià)以及施工難易程度，攪拌樁地基處理方案投資遠(yuǎn)低于板樁、密排灌注樁方案，而處理效果較好，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論與建議

本文利用MIDAS三維有限元數(shù)值模型分別模擬雙排板樁處理、抗滑樁處理、水泥攪拌樁處理以及單排板樁處理方案對(duì)堤后填土地基豎向位移、填土地基和堤頂差異沉降以及堤頂水平位移的處理效果的影響。結(jié)果表明，水泥攪拌樁處理方案在工程造價(jià)和處理效果方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)，為推薦方案。本文分析結(jié)果可為沿海軟土地基上的類(lèi)似工程提供借鑒。

[1] 黃岳文，呂洪波．影響海堤安全的主要因素分析及應(yīng)對(duì)措施[J]．中國(guó)海洋，2009(期號(hào)不詳)：826- 828．

[2] 胡曉明，翁浩軒，詹敏杰．背水坡地基處理對(duì)樁基框架結(jié)構(gòu)堤防的影響[J]．人民長(zhǎng)江， 2017(s1)：187- 189．

[3]王金艷．舟山近海軟土深基坑三維數(shù)值分析及本構(gòu)模型選擇研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2015．

[4] 王軍，楊建永．水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法淺談[J]．南方冶金學(xué)院報(bào)，2004(2)：62- 65．

[5] 吳慧明，龔曉南．剛性基礎(chǔ)與柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基模型試驗(yàn)對(duì)比研究[J]．土木工程學(xué)報(bào)，2001，34(5)：81- 83．

Displacement Analysis of Different Treatments on Soft Soil Foundation behind the Embankment

WENG Hao - xuan，HU Xiao - ming，ZHAN Min - jie
( Zhejiang Guangchuan Engineering Consulting Co.，Ltd，Hangzhou，310020，Zhejiang，China )

Studying the new frame structure embankment south of Linkun Island in Wenzhou，the paper fi rstly analyzed the sheet pile case，anti - slide pile case and cement mixing pile case dealing with the soft soil foundation behind the embankment with the MIADS，then compared the displacement difference of embankment in different cases，and fi nally determined the optimal case.The result showed the cement mixing pile case was the optimal case with lower costs and better treatment effects.

sheet pile case；anti - slide pile case；cement mixing pile case；MIDAS；displacement

TV871

A

1008- 701X(2017)06- 0059- 03

10.13641/j.cnki.33- 1162/tv.2017.06.016

2016-11-29

浙江省水利廳科技項(xiàng)目（RC1224）。

翁浩軒(1989- )，男，工程師，碩士，主要從事水利工程設(shè)計(jì)等方面的工作。E - mail：578305363@qq.com

（責(zé)任編輯 郎忘憂）