臧 冰 柳家凱
(中交一航局第二工程有限公司,山東 青島 266071)
近年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,建筑用地越來越少,轉(zhuǎn)而發(fā)展海洋空間。吹填淤泥填海造陸技術(shù)在環(huán)境保護和經(jīng)濟效益上均具有巨大的優(yōu)勢,具有施工周期短、成本低等優(yōu)點。
本文依托威海港軟基處理工程實例,通過數(shù)值模擬結(jié)果和理論計算值與現(xiàn)場實測沉降值對比分析,從而獲得更為貼近實際的固結(jié)沉降計算方法,提高固結(jié)沉降預測的準確性,利用實測沉降曲線擬合法預測卸載時間,研究成果具有一定的參考價值。
本工程位于威海某港區(qū)貨場后方圍堰約28萬m2,為吹填淤泥填海形成的軟土地基,工程使用性質(zhì)為貨物堆場。按照設計要求,場地先采用真空預壓法對地基進行初步處理,后回填開山石進行強夯處理。本文將以1號圍堰試驗1區(qū)實測沉降值與其他計算方法計算值對比分析研究。
真空預壓過程中,排水板打設深度為14 m,均未穿透粘土層,土體排水主要沿著排水板向上排出,因此固結(jié)方式為單向排水固結(jié),本文均以此為基礎分析。
現(xiàn)有規(guī)范中,計算地基最終沉降通常采用分層總和法以及應力面積法(分層總和法的一種),我國行業(yè)標準JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[1]中利用式(1)計算。
分層總和法是將土層按照土的性質(zhì)分成許多層,根據(jù)室內(nèi)試驗獲得壓縮性指標,即:
(1)
根據(jù)實測沉降曲線擬合法來估算地基最終沉降量,常用到雙曲線法和三點法。
根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),利用此方法擬合算得1號圍堰試驗1區(qū)地基最終沉降量為67.8 cm。
U=1-αe-βt。
根據(jù)實測沉降,平均固結(jié)度可表示為:
可得:
St=(S∞-Sd)(1-αe-βt)+Sd。
根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),利用此方法擬合算得1號圍堰試驗1區(qū)地基最終沉降量為65.6 cm。
真空預壓法處理軟土地基卸載指標一般包括兩個方面:固結(jié)度和沉降速率。本工程需滿足固結(jié)度達到85%,且連續(xù)10 d平均沉降速率不大于2 mm/d,設計預計抽真空滿載時間為5個月。
理論分析:
t時刻地基沉降量St=UtS∞,利用雙曲線法,得:
城市軌道交通線路的走向和相互交織形式,一般包括垂直交叉、斜交、平行交織等多種形式。為提高服務水平,地鐵車站的換乘要求在付費區(qū)內(nèi)完成。車站換乘可分為平行換乘(主要包括上下式“島-島”平行換乘和同層式“島-島”平行換乘)、節(jié)點換乘(主要包括十字島側(cè)換乘、十字島島換乘、T 字島島換乘和L形島島換乘)、站廳換乘、通道換乘、混合換乘等基本形式。
根據(jù)三點法原理,t時刻地基沉降量為:
St=UtS∞=(1-αe-βt)S∞。
上式對時間求導,可得t時刻沉降速率:
則t時刻剩余固結(jié)沉降Sc為:
Sc=S∞(1-Ut)=αe-βtS∞。
所以,由以上兩式可得,在真空荷載作用下,t時刻的沉降速率與剩余固結(jié)沉降之間的關系:
因此,根據(jù)上式可計算剩余固結(jié)沉降的沉降速率。
本文基于FLAC3D對真空預壓法施工過程產(chǎn)生的沉降進行計算分析,與現(xiàn)場實測沉降值和理論計算值對比,驗證數(shù)值模擬計算方法的合理性,獲得更為貼近實際的固結(jié)沉降。
在對真空預壓加固軟基的數(shù)值分析過程中需要對土體作一定的假設和簡化,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,本文建模時做了如下假設:
2)孔隙水的流動符合達西定律;
3)土體的滲透特性假定為各向同性;
4)現(xiàn)場地下水位較高,假設地下水位與地表持平,土體和砂墊層為完全飽和;
5)模型中排水板等效為直徑6.6 cm的砂井。
真空預壓面積較大,在模型建立時,可以把整個場區(qū)作為一個半無限體來考慮,這樣可任取一微單元進行分析?,F(xiàn)場采用B型塑料排水板作為垂直排水通道,正方形布置,間距1 m,打設深度為14 m。所以模型建立采用實體六面體單元,原點設置在地表以下18 m某一塑料排水板中心處,即土層厚度為18 m,沿x軸方向取2 m,y軸方向取2 m,數(shù)值模擬中部分土層參數(shù)見表1,泊松比及滲透系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗取值。
表1 土層參數(shù)[3]
在計算模型表層沉降的同時,也記錄了模型中心地下8 m處孔隙水壓力變化情況。以1號圍堰試驗1區(qū)為例,對孔隙水壓力
模擬結(jié)果與現(xiàn)場實測值作對比分析,如圖1所示?,F(xiàn)場在加載16 d時,施工方停止抽真空約5 d,來鋪設膜上土工布,導致孔隙水壓力出現(xiàn)反彈現(xiàn)象,在數(shù)值模擬中,相應的在此階段停止加載。
不同計算方法獲得的計算成果見表2,表2中沉降值為地基最終沉降量,表2中數(shù)據(jù)乘以85%即可得到固結(jié)度達到85%時的地基沉降量。由表2可以看出,不管是由分層總和法還是應力面積法計算獲得的沉降值都較實測曲線推算的沉降值大,而由FLAC3D模擬獲得的沉降值與實測曲線推測的沉降值差值相對較小,能夠較好的模擬真空預壓施工階段地基沉降。
表2 不同計算方法計算成果 cm
1)本文數(shù)值模擬獲得的地基沉降量較理論計算值更接近現(xiàn)場實測值;
2)數(shù)值模擬可以模擬插板期間沉降,這是理論計算無法實現(xiàn)的;
3)在缺少真空預壓施工經(jīng)驗的威海地區(qū),建議使用雙曲線法來推測地基最終沉降量;
4)通過數(shù)值模擬分析可相對準確的獲得真空預壓施工階段地基沉降量,并依此估算后續(xù)施工最終填土材料的用量,這為施工成本預算提供重要依據(jù);
5)依據(jù)實測沉降擬合曲線推導的計算卸載時間方法可行,能夠較好的預測出卸載時間,減少了抽真空時間,節(jié)約了大量資金,并為合理安排后續(xù)工作提供依據(jù)。
[1] JGJ 79—2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].
[2] HGT 20578—2013,真空預壓法加固軟土地基施工技術(shù)規(guī)程[S].
[3] 核工業(yè)青島工程勘察院.威海港新港區(qū)1號圍堰地基處理前勘察報告[R].2012.