真空預(yù)壓側(cè)向位移預(yù)估及控制效果分析

李 龍

（中交（天津）生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300461）

引 言

地基處理項(xiàng)目位于天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)，地基采用真空預(yù)壓法處理，處理深度約19 m。預(yù)壓區(qū)邊界距離既有道路路基（道路施工完成但未驗(yàn)收）坡腳約18 m，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，地基處理期間的側(cè)向位移極有可能影響到道路路基，而影響道路路基安全穩(wěn)定是不允許的。如何有效的預(yù)估預(yù)壓地基側(cè)向影響范圍，并采取有效措施保護(hù)路基的安全穩(wěn)定成為本項(xiàng)目需要研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

1 工程概述

1.1 項(xiàng)目概況

地基采用真空預(yù)壓法進(jìn)行處理，總處理面積約40 萬(wàn)m2，共分為15 個(gè)處理分區(qū)。

本項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)之一是地基處理邊界線(xiàn)距離已加固路基（真空預(yù)壓加固）邊坡外邊線(xiàn)較近（見(jiàn)圖1），影響道路路基安全穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)很大，但又不能影響路基的安全及正常使用。

圖1 工程形勢(shì)

1.2 方法思路

由于預(yù)壓區(qū)沉降量的大小、地基土的性質(zhì)等均會(huì)對(duì)側(cè)向位移的大小產(chǎn)生影響，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，采用以下思路解決本項(xiàng)目的問(wèn)題：

1）首先采用分層總和法、物理指標(biāo)計(jì)算法等綜合預(yù)估擬處理區(qū)域的地基沉降量，并根據(jù)沉降預(yù)估結(jié)果反算各軟土層的力學(xué)參數(shù)。

2）以反算的力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，采用Flac 3d 對(duì)真空預(yù)壓區(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬，并分析預(yù)壓區(qū)域側(cè)向影響范圍。

3）依據(jù)側(cè)向位移分析結(jié)果，采取合理的工程措施，如挖溝、打樁等，并對(duì)所采取措施的效果進(jìn)行模擬，并確定所采取措施的參數(shù)。

4）沿路基布置側(cè)向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)側(cè)向位移監(jiān)測(cè)情況及時(shí)采取有效的措施，從而保證路基的安全、正常使用。

1.3 應(yīng)用軟件

FLAC 即快速拉格朗日差分分析（Fast Lagrangian Analysis of Continua），其基于顯示差分來(lái)獲得模型全部運(yùn)動(dòng)方程和本構(gòu)方程的步長(zhǎng)解，本構(gòu)方程基于應(yīng)力應(yīng)變定義和虎克定律導(dǎo)出，運(yùn)動(dòng)方程則直接采用柯西運(yùn)動(dòng)方程。該軟件主要適用于模擬計(jì)算巖土材料的力學(xué)行為及巖土材料達(dá)到屈服極限后達(dá)到的塑性流動(dòng)，對(duì)巖土大變形模擬有較好的適用性。

2 側(cè)向位移分析及控制

本文以真空預(yù)壓第12 分區(qū)為例進(jìn)行分析。

2.1 地質(zhì)概況

1）處理區(qū)域地層分布

根據(jù)場(chǎng)地鉆孔揭示資料，擬處理軟土主要可分為兩層，即上部的淤泥和下部的淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土層，具體描述如下：

①吹填土：灰色，流塑狀，局部夾粉土團(tuán)塊，無(wú)搖振反應(yīng)。

②淤泥質(zhì)粘土：灰色，流塑～軟塑，局部夾粉土透鏡體。

③粉質(zhì)粘土：灰褐色，可塑～硬塑，局部夾分布團(tuán)塊。

物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2）已處理區(qū)域地層分布

已加固路基下土層與擬處理區(qū)土層分布稍有不同，主要為淤泥質(zhì)粘土、粘土和粉質(zhì)粘土，具體描述如下：

①淤泥質(zhì)粘土：灰色，軟塑狀，局部夾分布團(tuán)塊，無(wú)搖振反應(yīng)；

②粘土：灰色，軟塑～可塑，局部夾淤泥質(zhì)粘土和粉土，無(wú)搖振反應(yīng)；

③粉質(zhì)粘土：灰褐色，可塑～硬塑，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉土團(tuán)塊。

物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 擬處理區(qū)軟土層物理力學(xué)指標(biāo)

表2 已加固區(qū)土層物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 沉降計(jì)算

根據(jù)沉降擬處理區(qū)地層分布，結(jié)合土層物理力學(xué)指標(biāo)，地基處理12 區(qū)預(yù)估沉降量見(jiàn)表3。備注：以上沉降量為90 %固結(jié)度沉降量。

表3 沉降計(jì)算結(jié)果

從表3 沉降計(jì)算結(jié)果可知，上層吹填土的沉降量平均值約1.2 m，下層淤泥質(zhì)粘土的沉降量約 0.95 m，總沉降量約2.19 m。

2.3 建模及分析

1）模型建立

圖1 模型及網(wǎng)格劃分

建模及網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。2）側(cè)向位移分析（工況1-無(wú)應(yīng)力釋放溝）

模型計(jì)算參數(shù)的選取以巖土勘察資料為參照，以處理區(qū)的沉降量為控制準(zhǔn)則，綜合考慮土體的位移協(xié)調(diào)性，確定數(shù)值分析各土層的計(jì)算參數(shù)。并距離邊界線(xiàn)10 m，16 m 和22 m 設(shè)置側(cè)向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

處理區(qū)淤泥層沉降量為1.18 m，淤泥質(zhì)粘土層沉降量為0.93 m，總沉降量為2.11 m 的側(cè)向位移見(jiàn)圖2，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)側(cè)向位移見(jiàn)圖3。

從圖2 可看出，距離處理區(qū)邊界越遠(yuǎn)，側(cè)向位移量越小，同斷面，淺部的側(cè)向位移比深部大；路基坡腳處的最大位移可能達(dá)到2～3 cm，且從右向左側(cè)向位移量快速增大。結(jié)果表明：在不采取措施的情況下，項(xiàng)目的實(shí)施影響路基邊坡穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖2 局部位移

圖3 側(cè)向位移（無(wú)溝）

3）側(cè)向位移分析（工況2-有應(yīng)力釋放溝）

為減小側(cè)向位移影響的范圍，采取在路基坡腳與邊界線(xiàn)之間挖溝的方法。而溝的位置則應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，既不能距離坡腳太近，也不能太遠(yuǎn)，太近則會(huì)影響路基邊坡的穩(wěn)定性，太遠(yuǎn)則可能起不到預(yù)期的效果。依據(jù)溝位置的試算結(jié)果，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，溝的位置定位與距離路基坡腳5 m。

在沉降量與工況1 相同情況下的側(cè)向位移見(jiàn)圖4，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)側(cè)向位移見(jiàn)圖5。

圖4 總體位移

圖5 側(cè)向位移（有溝）

2.4 控制措施及監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)以上模擬結(jié)果，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，采取以下工程措施及監(jiān)測(cè)方案：

1）距離路基邊坡坡腳5 m 挖頂寬度為1.5 m，深度為2.0 m 的溝（事前）；

2）距離地基處理邊界距離為10 m，16 m，22 m布置水位和側(cè)向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（事中）；

3）在施工過(guò)程中，根據(jù)側(cè)向位移速率、累計(jì)位移量等指標(biāo)，決定是否需要采取其他控制措施，如停泵減壓等（事中）；

4）總結(jié)分析側(cè)向位移監(jiān)測(cè)成果，為以后類(lèi)似項(xiàng)目提供參照（事后）。

3 討論與分析

3.1 地基處理監(jiān)測(cè)分析

1）分層沉降

分層沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，12 區(qū)地表累計(jì)沉降量為2.11 m，吹填土沉降量為1.2 m，下層淤泥質(zhì)粘土沉降量為0.9 m，與沉降預(yù)估結(jié)果較接近。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)側(cè)向位移結(jié)果，說(shuō)明以預(yù)估沉降反算的土層參數(shù)為基礎(chǔ)模擬的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生結(jié)果有一定的相似性，模擬結(jié)果可為項(xiàng)目的實(shí)施提供指導(dǎo)意義。

2）側(cè)向位移

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，側(cè)向位移的速率和累計(jì)側(cè)向位移量，均未超出警戒值，各斷面的實(shí)測(cè)側(cè)向位移見(jiàn)圖7。從圖6 和圖7 的對(duì)比中可看出，模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果在各斷面的位移量上有一定的誤差，但兩者在相同斷面的位移趨勢(shì)有一定的相似性，模擬結(jié)果基本反映了現(xiàn)場(chǎng)的側(cè)向位移趨勢(shì)。

圖6 模擬側(cè)向位移（有溝）

圖7 實(shí)測(cè)側(cè)向位移

3.2 側(cè)向影響范圍的分析

以上分析結(jié)果表明，側(cè)向位移模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有較好的一致性，距離加固區(qū)邊界22 m 處的模擬側(cè)向位移量約為11 mm，實(shí)測(cè)側(cè)向位移量約為19 mm；圖3 和圖5 模擬結(jié)果表明，側(cè)向影響范圍約23～25 m。綜合模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)合以往地基處理經(jīng)驗(yàn)，可判斷該真空預(yù)壓地基處理項(xiàng)目的側(cè)向影響范圍約為22～25 m。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）研究了基于沉降預(yù)估的真空預(yù)壓地基處理側(cè)向位移模擬方法并將該方法進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明，該方法模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果有較好的一致性，可有效的預(yù)估真空預(yù)壓地基側(cè)向影響范圍。

2）以控制地基側(cè)向影響范圍為目標(biāo)，以數(shù)值模擬成果為參照，采取經(jīng)濟(jì)合理的側(cè)向位移控制措施并制定針對(duì)性的側(cè)向位移監(jiān)測(cè)方案，有效的保證了工程的安全順利實(shí)施。

3）側(cè)向位移分析結(jié)果表明，本項(xiàng)目真空預(yù)壓期間的側(cè)向位移影響范圍約為23～25 m，可為以后類(lèi)似項(xiàng)目的實(shí)施提供參考。