水泥土攪拌樁對管廊結(jié)構(gòu)變形影響分析

潘國華 宋葉青 孔增增 連坦帥

(1.杭州交投建設(shè)工程有限公司，浙江 杭州 310004；2.重慶交通大學(xué)國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶 400047)

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設(shè)兩類及以上管線的公共隧道。19世紀(jì)，法國巴黎建造了世界上第一條綜合管廊，如今歐洲已經(jīng)建成大量的綜合管廊，我國大陸地區(qū)起步較晚，截至2016年底，我國內(nèi)地已經(jīng)有147個(gè)城市正在建設(shè)。隨著管廊工程在城市中大規(guī)模的建設(shè)，管廊結(jié)構(gòu)的安全性也越來越受到關(guān)注。管廊結(jié)構(gòu)的不均勻沉降是引起管廊工程安全性問題的因素之一。在軟土地區(qū)，上部不均勻荷載易使管廊結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生不均勻沉降，從而影響內(nèi)部管線的安全。

水泥土攪拌樁利用水泥作為固化劑的方法，加固軟黏土地基，從而提高地基的承載能力。如今水泥土攪拌樁復(fù)合地基在我國建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

一、模型建立

采用ABQUSEH建立二維平面模型，建立的管廊模型共5節(jié)，每節(jié)管廊長24.96m，管廊兩側(cè)設(shè)置0.02m作為管廊的結(jié)構(gòu)縫。管廊地下3m范圍內(nèi)設(shè)置有水泥攪拌樁，如圖1所示。

圖中從上到下依次為：管廊、水泥土攪拌樁、土體1、土體2和土體3。將5節(jié)管廊按照從左到右的順序，依次定義為1號、2號、3號、4號和5號。

圖1 管廊模型圖

模型中土體采用Moh r-Cou lomb塑性模型，管廊和水泥土攪拌樁采用彈性模型，管廊結(jié)構(gòu)的彈性模量E取2.15×104MPa，泊松比取0.2。土層變形模量參數(shù)和材料力學(xué)參數(shù)如表1所示。

二、豎向荷載作用下管廊縱向結(jié)構(gòu)位移

管廊結(jié)構(gòu)受到的回填土荷載假設(shè)為均布荷載，大小為306kN，管廊沉降值對比，如圖2所示。

在管廊最大沉降量的對比中，均布荷載下3號管廊的最大沉降量為-684mm，而水泥土攪拌樁地基下的3號管廊最大沉降量-398mm，水泥土攪拌樁地基下的沉降量為天然地基沉降量的58%，可見水泥土攪拌樁提高了地基條件。

表1 土層變形模量

表1 土層變形模量

圖2 管廊沉降值對比

三、水泥攪拌樁對管廊縱向結(jié)構(gòu)的影響分析

（一）強(qiáng)度對管廊縱向結(jié)構(gòu)位移的影響

根據(jù)水泥土攪拌樁常用的幾個(gè)抗壓強(qiáng)度，對管廊施加306kN的均布荷載。計(jì)算工況如表2所示，均布荷載下管廊撓曲線對比、轉(zhuǎn)角差值對比，如圖3、圖4所示。

表2 水泥攪拌樁強(qiáng)度工況計(jì)算表

表2 水泥攪拌樁強(qiáng)度工況計(jì)算表

圖3 均布荷載下管廊撓曲線對比

圖4 均布荷載下管廊轉(zhuǎn)角差值對比

水泥土強(qiáng)度越高，管廊間的不均勻沉降越小，即：荷載直接作用的管廊，其沉降及轉(zhuǎn)角值減小，而荷載沒有直接作用的管廊，其沉降及轉(zhuǎn)角值有所增大。

（二）置換率對管廊縱向結(jié)構(gòu)位移的影響

改變土體的置換率，將會影響土體的復(fù)合模量，從而對管廊縱向結(jié)構(gòu)的位移變化產(chǎn)生影響，計(jì)算工況如表3所示。

表3 水泥攪拌樁置換率工況計(jì)算表

表3 水泥攪拌樁置換率工況計(jì)算表

由此可知，水泥土樁置換率高，管廊間的不均勻沉降越小，即：荷載直接作用的管廊，其沉降及轉(zhuǎn)角值減小，而荷載沒有直接作用的管廊，其沉降及轉(zhuǎn)角值有所增大。增大管廊的置換率相比于增大水泥土強(qiáng)度較為有效，均布荷載下管廊撓度對比、轉(zhuǎn)角差值對比，如圖5、圖6所示。

圖5 均布荷載下管廊撓度對比

圖6 均布荷載下管廊轉(zhuǎn)角差值對比

（三）處理深度對管廊縱向結(jié)構(gòu)位移的影響

水泥土攪拌樁處理深度率對管廊縱向結(jié)構(gòu)的影響，計(jì)算工況如表4所示，均布荷載下管廊撓度對比、轉(zhuǎn)角差值對比，如圖7、圖8所示。

表4 水泥處理深度工況計(jì)算表

表4 水泥處理深度工況計(jì)算表

圖7 均布荷載下管廊撓度對比

圖8 均布荷載下管廊轉(zhuǎn)角差值對比

由上可知，處理深度越高，管廊間的不均勻沉降越小，與上兩節(jié)不同的是，無論管廊是否作用，各節(jié)管廊的沉降量均有所減小。增加管廊的處理深度是三種方法中最為行之有效的一個(gè)。

四、結(jié)語

設(shè)置水泥土攪拌樁可以有效地控制受載區(qū)管廊結(jié)構(gòu)的沉降和轉(zhuǎn)角，水泥土攪拌樁地基下的最大沉降量較天然地基沉降量減小了近50%，提高了地基條件；在相同的荷載條件下，通過改變水泥土攪拌樁的抗壓強(qiáng)度、置換率和處理深度均有減小管廊結(jié)構(gòu)位移和轉(zhuǎn)角的作用，其中增加水泥土攪拌樁的處理深度是最有效的辦法。