預應力管樁施工對海塘的整體影響分析

修海峰 王亞軍

摘 要：為探究海塘場區(qū)內(nèi)預應力管樁施工的擠土影響效應，本文結(jié)合彈塑性理論，利用三維靜動力數(shù)值模擬技術(shù)對工程問題作仿真計算，結(jié)果表明典型海塘區(qū)域內(nèi)預應力管樁施工需作專門防護才可安全實施。

關(guān)鍵詞：預應力管樁;擠土效應;海塘;安全評價

中圖分類號：U655? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0089-02

1引言

隨著我國海洋能源戰(zhàn)略深入，沿海地區(qū)能源儲備基地建設(shè)日趨增多，本文針對我國東部沿海某能源基地擴建項目中罐區(qū)預應力管樁群施工引發(fā)的災害性擠土效應[1，2]，通過地應力重分布模擬、打樁動態(tài)過程中的地應力響應分析，量化樁基施工對周邊海塘的整體影響以及地基承載力性能削弱，為現(xiàn)場工作提供相關(guān)設(shè)計參考。

2 研究對象

本此研究主要采用仿真模擬的手段，利用超精細數(shù)值網(wǎng)格模型GUI技術(shù)對場區(qū)內(nèi)的海塘及罐區(qū)預應力管樁群系統(tǒng)做模型前處理及精工刻畫，如圖1所示，所用模型采用三維實體應力單元作離散仿真[3-5]，整體單元數(shù)為75，882個，整體節(jié)點數(shù)為110，887個，如圖2示。

仿真計算采用個性化、超精細化建模手段，將模型劃分為8個大區(qū)，即海堤堤身、塘內(nèi)回填層、塘外回填層、塘內(nèi)堤基渣石混合料層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、粉質(zhì)黏土層、基巖以及管樁區(qū)等代層，8個區(qū)塊的材料參數(shù)總體按照如表1標準選取模擬計算。

3仿真結(jié)果分析

本次研究所得場區(qū)地層初始地應力分布如圖3所示，受預應力管樁群施工影響所得擠土區(qū)應力分布如圖4所示，受擠土效應作用，海堤堤基內(nèi)潛在滑動區(qū)如圖5所示。經(jīng)場區(qū)地應力動力計算，本文得到如圖6所示的地基應力削弱結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）初始地應力狀態(tài)下，除表層部分區(qū)域外，場內(nèi)總體處于壓應力狀態(tài);受罐區(qū)預應力管樁施工沖擊擠土效應影響，海塘區(qū)域內(nèi)淺層總體出現(xiàn)拉應力，最大處拉應力達到700kPa，此時海塘地基承載力遭到較大幅度削弱;

（2）海塘內(nèi)海堤與堤基受預應力管樁施工沖擊擠土效應影響，整體安全系數(shù)從1.3快速下降為1.1;

（3）罐區(qū)預應力管樁施工區(qū)域內(nèi)初始地應力分布成層特性顯著;

（4） 海塘地層未受擾動前，總體處于固結(jié)壓縮狀態(tài)，隨著管樁打入地層產(chǎn)生側(cè)向擠土，尤其表層接近堤基處地層的隆起、展開以及拉應力發(fā)育顯著;

（5）罐區(qū)預應力管樁群施工期間，應加強對場區(qū)內(nèi)地層側(cè)移、表土隆起以及薄弱堤段變形的實時監(jiān)測。

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基金項目：國家自然科學基金資助項目（51109118， 51879236）;浙江省自然科學基金資助項目（No. LHY21E090003） 。