李玉水，郭慶梅，寇曉強，付建寶，李斌

（1.中交橫琴投資有限公司，廣東珠海519031；2.中交天航港灣建設工程有限公司，天津300450；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222）

真空預壓近接施工對既有道路保護措施

李玉水1，郭慶梅2，寇曉強3，付建寶3，李斌3

（1.中交橫琴投資有限公司，廣東珠海519031；2.中交天航港灣建設工程有限公司，天津300450；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222）

真空預壓近接施工將對既有道路產生拉裂影響，采用FLAC3D軟件建立了真空預壓既有道路近接施工數(shù)值模型，對比分析了采用雙排高壓旋噴樁和灌注樁兩種保護措施情況下對既有道路的影響。支擋結構為雙排高壓旋噴樁時，真空預壓對快速路的影響范圍為28 m，道路樁基最大側向位移為21.4 cm。支擋結構為灌注樁時，影響范圍為24 m，道路樁基最大側向位移為12.6 cm。灌注樁擋墻的保護方案可在一定程度上削弱真空預壓對既有道路的不利影響。

真空預壓；既有道路；側向位移；影響范圍

0 引言

珠海市橫琴島位于珠海市陸域東南部，珠江出海口西側，東隔十字門水道與澳門相鄰，南瀕南海，西臨磨刀門水道，北與珠海南灣城區(qū)隔馬騮洲水道相望。橫琴新區(qū)所處地理位置決定了其地基分布土體以濱海相淤泥質軟土為主，土體物理力學性能極差。相比較其他地區(qū)的淤泥質軟土地基，橫琴地區(qū)的淤泥質軟土地基呈現(xiàn)出了含水量更高（普遍在70%左右），淤泥分布厚度更大（普遍分布淤泥層厚度為30 m，局部區(qū)域厚度可達40 m）的特點。在如此深厚且軟弱的地基上進行土地開發(fā)建設，地基變形穩(wěn)定性常常難以滿足設計施工要求，地基一旦受擾動，其變形影響范圍將持續(xù)至相當遠的距離，對周圍環(huán)境影響巨大，從而為既有建（構）筑物帶來諸多的危險因素。

一方面隨著橫琴新區(qū)的開發(fā)建設，城市用地的捉襟見肘，另一方面采用軟基處理技術拓展城市建設用地勢在必行，而軟基處理對既有建（構）筑物的影響是深厚軟基環(huán)境下必須要重點考慮的問題，這將關系著人民的生命財產安全與社會的穩(wěn)定。

真空預壓是軟基處理中最為重要的一種手段[1]，根據(jù)JGJ 79—2002《建筑地基處理規(guī)范》的相關要求[2]，并在遵從土工基本原理[3]的基礎上，實現(xiàn)有限元對真空預壓過程的模擬[4]，并在此基礎上對設計提出的支護結構進行安全性評價，為以后的類似工程提供借鑒，具有一定的實際意義。

1 工程概況

橫琴新區(qū)某真空預壓施工項目臨近一條車流量較大的城市道路，真空預壓區(qū)邊線與道路管廊帶最近距離7 m（圖1所示）。

既有道路采用CFG樁進行基礎處理，道路紅線范圍CFG樁間距為1.8 m，正方形布置。全路段CFG樁均采用直徑為40 cm，強度等級為C15商品混凝土，墊層采用50 cm厚級配碎石。CFG樁均打穿淤泥，且進入持力層不小于1.0 m。

圖1 地基處理與既有道路位置圖Fig.1Location of vacuum preloading area and existing road

2 地勘資料及軟基加固方案

真空預壓區(qū)處理寬度25 m。處理時首先將場地整平至2.2 m標高，然后打設支擋結構?？紤]最不利情況，選取一個軟土層厚度最大的斷面作為計算斷面，計算斷面土層參數(shù)如表1所示。設計方案采用真空預壓對地基進行處理，計算斷面處排水板深度為17 m，梅花形布置，間距1 m。真空預壓區(qū)與快速路之間的支擋結構考慮兩種結構形式：一種是雙排高壓旋噴樁，另一種是灌注樁結構形式。

表1 計算斷面土層參數(shù)表Table 1Parameters of soil layers on cross section

3 數(shù)值分析模型

根據(jù)表1地質資料，使用巖土專業(yè)數(shù)值分析軟件FLAC3D建立如圖2所示數(shù)值模型。

圖2 真空預壓近接施工數(shù)值模型Fig.2Model of vacuum preloading close to existing road

模型中考慮對稱性，只選取真空預壓區(qū)的一半和快速路一側。由于管廊帶CFG樁為間隔2 m的正三角形布置，因而模型厚度取1 m，整個模型尺寸為100 m×40 m×1 m，CFG樁在模型正面和背面交錯布置，CFG深入6-1粉質黏土層1 m。圖中Pile表示為真空預壓區(qū)和快速路之間的支擋結構，分為高壓旋噴樁和灌注樁加高壓旋噴樁兩種，下文將分別對兩種支擋結構下的模型進行分析。圖中cfg_pile為快速路路基中的CFG樁，樁直徑40 cm，樁身進入粉質黏土1 m，采用實體單元進行模擬。

圖3為支護結構示意圖，高壓旋噴樁直徑700 mm，搭接200 mm，擋墻深12 m。灌注樁直徑800 mm，間距1 200 mm，樁間填充高壓旋噴樁，高壓旋噴樁直徑600 mm。灌注樁深20 m，高壓旋噴樁深11 m。

圖3 保護結構示意圖Fig.3Protection structure

模型中全風化花崗巖視為不透水彈性材料，其它土層視為Mohr-Coulomb材料。真空預壓區(qū)受真空壓力85 kPa，計算預壓時間120 d。真空預壓區(qū)塑料排水板采用通用的平面等效化法[5-7]，這里采用柴錦春方法進行等效計算，柴錦春方法的中心思想為：從宏觀的角度看，塑料排水板只是增加了整個地基的豎向滲透系數(shù)，因此可以考慮用等效豎向滲透系數(shù)kve代替原來的豎向滲透系數(shù)。柴錦春等效豎向滲透系數(shù)kve的計算如式（1）和（2）所示：

式中：kh為原土層水平方向滲透系數(shù)；kv為原土層豎直方向滲透系數(shù)；ks為涂抹區(qū)土層水平方向滲透系數(shù)；n=De/dw，De為排水單元直徑，dw為排水板等效直徑；s=ds/dw，ds為涂抹區(qū)等效直徑；l為排水路徑長度，單面排水時，l等于排水板長度，雙面排水時，l等于排水板長度的1/2；qw為排水板的通水量。

4 計算結果及分析

圖4給出了抽真空結束時，兩種保護措施條件下地基側向變形分布情況（圖中指向道路側方向為正值）。在使用旋噴樁支護措施時，抽真空施工引起的道路側地基最大側向位移集中在路基坡腳下5～6 m深度處，最大位移量達到了22.8 cm，真空預壓對既有道路變形影響明顯。使用灌注樁作為支護措施時，道路側地基最大側向位移集中在路基坡腳下6～8 m深度處，最大位移量為15.8 cm，支護效果略優(yōu)于旋噴樁，但仍存在較為明顯側向位移。

圖4 抽真空結束時側向位移云圖Fig.4Cloud chart of lateral displacement after vacuum preloading

考察既有道路CFG樁側向變形（如圖5所示），樁體結構整體有向真空預壓區(qū)彎曲的趨勢。道路緊鄰真空區(qū)CFG樁最大側向位移為12.6 cm，距真空區(qū)15 m處CFG樁最大側向位移為5.3 cm。灌注樁作為支護結構情況下，抽真空結束時道路CFG樁最大側向位移為12.6 cm，距離真空區(qū)15 m處樁基最大側向位移10.1 cm，比較雙排高壓旋噴結構的保護效果，灌注樁支護效果相對理想。

圖5道路既有樁基最大位移云圖（效果放大10倍）Fig.5Cloud chart of maximum displacement of existing pile foundation

圖6 為路面表層側向位移與保護措施外邊沿距離的關系曲線，取向擋墻方向為正值。結果顯示距離高壓旋噴樁擋墻28 m處，整體側向位移出現(xiàn)收斂趨勢，因此在雙排高壓旋噴樁支護情況下，真空預壓對道路表層拉裂顯著影響距離為28 m。距離灌注樁擋墻24 m處，表層側向位移出現(xiàn)收斂趨勢，因此在灌注樁支護情況下，真空預壓對道路表層拉裂顯著影響距離為24 m。

圖6 表層側向位移與保護措施外沿距離的關系曲線Fig.6Relation curve of surface lateral displacement and distance to protect structure

5 保護措施效果分析

支擋結構分別為雙排高壓旋噴樁和灌注樁兩種情況下真空預壓區(qū)真空預壓對快速路的影響情況如表2所示。相比雙排高壓旋噴樁擋墻，灌注樁方案雖更加能夠削弱真空預壓對道路的不利影響，但兩種保護措施下真空預壓對既有道路的影響程度均比較明顯。

表2 不同支擋結構對快速路的影響效果對比表Table 2Comparison of influence of different retaining structures on expressway

真空預壓施工對既有道路影響均明顯體現(xiàn)在側向拉裂上[8]，實際上，高壓旋噴樁結構及灌注樁結構均非良好的抵抗側向變形的結構，圖7給出了兩種保護結構側向變形云圖及效果圖，由于高壓旋噴樁打設深度不夠，未穿透軟土層，其側向位移為典型的整體式向真空區(qū)懸浮傾斜特性，而灌注樁打設深度較深，雖然對地基整體側向位移有一定限制，但由于結構長細比過大，其保護效果也不理想，樁身最大側向位移量達到了18 cm，樁身結構接近破壞。

圖7 保護結構側向位移分布云圖及效果圖（放大10倍）Fig.7Cloud chart and design sketch of lateral displacement of protect structure

6 結語

本文采用FLAC3D軟件建立了真空預壓區(qū)真空預壓處理的數(shù)值模型，分別分析了保護結構為高壓旋噴樁和灌注樁加高壓旋噴樁兩種情況下真空預壓對既有道路的影響，得到了以下結論：

1）保護結構為雙排高壓旋噴樁時，真空預壓對快速路的影響范圍為28 m，道路樁基最大側向位移為21.4 cm；保護結構為灌注樁時，影響范圍為24 m，道路樁基最大側向位移為12.6 cm。

2）相比單純高壓旋噴樁擋墻，采用灌注樁作為保護結構可一定程度上降低真空預壓對快速路的不利影響。

3）在橫琴新區(qū)深厚軟土地層條件下，兩種剛性樁保護方案保護效果均不能達到工程要求，需要進一步展開深厚軟土地基近接施工保護措施的研究。

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Protect measure of vacuum preloading junction construction to the existing road

LI Yu-shui1,GUO Qing-mei2,KOU Xiao-qiang3,FU Jian-bao3,LI Bin3
（1.CCCC Hengqin Investment Co.,Ltd.,Zhuhai,Guangdong 519031,China;2.CCCC Tianhang Harbor Engineering Co.,Ltd., Tianjin 300450,China;3.CCCC Tianjin Port Engineering Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

There is an influence of vacuum preloading junction construction to the existing road.The mechanical model of vacuum preloading is established by FLAC3D.The influence of 2 protection measures with double row high-pressure jet grouting pile and cast-in-place pile on existing road is compared and analyzed.When the retaining structure is high-pressure jet grouting pile,the influence of vacuum preload on the expressway is 28 m and the maximum lateral displacement of road pile foundation is 21.4 cm.When the retaining structure is cast-in-place pile,the range of impact zone is 24 m and the maximum lateral displacement of road pile foundation is 12.6 cm.The protection scheme of the cast-in-place pile retaining wall can weaken the adverse impact of vacuum preloading on the existing road.

vacuum preloading;existing road;lateral displacement;influence scope

U655.4

A

2095-7874（2017）06-0087-05

10.7640/zggwjs201706019

2016-11-30

2017-03-29

李玉水（1982—），男，河北霸州人，工程師，從事市政道路及軟基處理的研究和管理工作。E-mail：258497405@qq.com