陳志浩，王小澤

（濱州市水利資源開發(fā)建設中心 256600）

引言

軟土在我國東南沿海地區(qū)分部廣泛，因其承載能力較差，需要對軟土地基進行加固處理方能進行建筑施工。真空聯(lián)合堆載預壓法以其施工簡單、工期短、加固效果良好等優(yōu)點得到了廣泛的應用[1-2]。真空聯(lián)合堆載預壓法施工通過大型機械在軟土路基中打設豎向排水井，隨后通過在軟土路基上一定方式的加荷，逐步排出軟弱黏土層中的孔隙水，最終軟土路基得到了固結壓縮，路基強度得到了大幅度提高、減少了工后沉降及不均勻沉降。婁炎、尹敬澤[3]提出了真空聯(lián)合堆載預壓加固軟基時候需要考慮分級加載及控制加荷速率問題；沙玲[4]和問建學[5]分別采用了ABAQUS和FLAC3D軟件建立了真空聯(lián)合堆載預壓模型，將計算結果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，得到較理想的效果。

真空聯(lián)合堆載預壓處理軟土路基能有效地解決工后沉降過大、路堤施工穩(wěn)定性及工期過長的問題。然而，在實際工程施工過程中，部分施工企業(yè)并未真正掌握該方法的本質，盲目加快堆載的速度，不控制加荷速率，導致出現(xiàn)一些路堤滑坡、塌方等事故。因此，本文采用了ABAQUS有限元軟件，對真空聯(lián)合堆載預壓進行了數(shù)值模擬，并通過改變加荷的方式，研究真空聯(lián)合堆載預壓路基的沉降變形規(guī)律，為實際工程提供施工指導。

1 工程背景及模型建立

1.1 工程背景

本文以實際真空聯(lián)合堆載預壓試驗段為工程背景，該試驗段位于珠海市西部某開發(fā)片區(qū)，試驗段線路里程起止樁號為K0+330—K0+550之間，線路長度220m、平均寬度50m，地面標高2.4m。試驗段加固面積約11 000m2。

圖1 路基平面布置圖

1.2 模型建立

目前，真空預壓數(shù)值分析一般都是基于平面應變，由于真空堆載聯(lián)合預壓處理的地基都要打設砂井或者塑料排水板而形成砂井地基，用平面應變簡化時，一般是調整土體或者砂井的滲透系數(shù)，從而將三維砂井地基轉化為平面應變砂墻地基，使得計算模型和實際的受力、滲流情況有較大的區(qū)別。而用三維計算模型就能更真實地反應實際情況[6]。

本文模型仿真采用三維固結有限元來計算。典型的真空聯(lián)合堆載預壓處理軟土路基工程如圖2所示，由于軟土路基工程過程中情況復雜多變，在進行三維固結有限元計算時要作一些假設和簡化處理。

圖2 典型真空聯(lián)合堆載預壓軟土路基工程示意圖

本次真空聯(lián)合堆載預壓仿真將塑料排水板處理后的軟基進行了簡化分析，不需要將塑料排水板簡化為砂墻，只需要將打設的塑料排水版的間距和滲透系數(shù)進行等效調整計算。在數(shù)值模擬仿真中，經(jīng)過簡化處理塑料排水板地基，可直接作為均質地基，只是在滲透系數(shù)賦值是為等效系數(shù)即可。本文所采用的塑料排水板地基轉化為均質地基方法參考于《基于ABAQUS的真空聯(lián)合堆載預壓軟基固結分析》[7]一文中介紹的塑料排水板地基轉化為均質地基的方法，模型邊界條件的設定參照了此文中模型的設定，本文不再對此方法進行驗證。

真空聯(lián)合堆載預壓路基本次模型仿真取長150m寬40m高40m的長方體路基，其中加固區(qū)寬50m，兩側各50m的加固影響區(qū)，堆載高度為3.3m、放坡1:1.5，加固深度為25m，其中考慮豎向加固影響范圍，所在模型在豎向深度方向的取值為40m，如圖3所示。模型參數(shù)設置如表1所示。

圖3 模型示意圖

表1 土體在數(shù)值仿真中的參數(shù)

隨后通過參數(shù)設置及ABAQUS交互功能，實現(xiàn)了不同堆載速率下的真空聯(lián)合堆載預壓路基。真空聯(lián)合堆載預壓路基一般承受應力范圍在每級40—50kPa為宜，既每級加載在1.5—1.8m左右最為適宜。本次模型計算通過ABAQUS中相互作用設置功能實現(xiàn)了3.3m高堆載土3種堆載速率，即一次性堆載3.3m高堆載土、分兩次堆載3.3m高堆載土和分3次堆載3.3m高堆載土，其中分兩次與分三次堆載中為均分3.3m。綜上，本次模型仿真共計算3個不同參數(shù)下的真空聯(lián)合堆載預壓路基。

2 真空聯(lián)合堆載預壓路基沉降變形計算結果分析

2.1 路基中心沉降變形分析

真空聯(lián)合堆載預壓處理軟土路基沉降變形最大沉降量發(fā)生在路基中心處，路基中心點的沉降是土體加固程度、加固效果的主要反應位置之一，路基地表中心點的沉降歷程是土體加固效果的重要依據(jù)，最終沉降云圖如圖4所示。

根據(jù)圖4所示，在模型計算完成后在ABAQUS的后處理器中查詢計算結果，得到表2路基地表中心點最終沉降量。

圖4 路基最終沉降示意圖

從表2中可以得看出，當堆載速率不同時，將堆載土分3次堆載時沉降量最大，達到2.511m；沉降量最小為一次性堆載3.3m高度下的路基，沉降量為2.201m。沉降量差值為0.31m，最大沉降量為最小沉降量1.141倍。

表2 路基地表中心點最終沉降量

2.2 路基加固區(qū)外變形計算結果分析

真空聯(lián)合堆載預壓處理軟土路基沉降變形主要是發(fā)生在真空聯(lián)合堆載預壓加固區(qū)內，即豎向排水體插打范圍內。由于施工環(huán)境的復雜性，真空堆載預壓沉降變形會對周圍環(huán)境造成一定的影響，產(chǎn)生一定的水平位移，不同的加荷方式及大小，帶來的影響不同。根據(jù)圖4所示的水平位移云圖，選取加固區(qū)外1m地表水平位移為研究點，繪制了水平位移-時間曲線。

從圖5可以看出，隨著堆載土的施加，由于堆載土自身重力的原因，產(chǎn)生了背離路基中心的位移，抵消了部分“包裹效應”，尤其是1次性堆載3.3m的情況下，產(chǎn)生背向路基中心的位移較明顯；分2次堆載、3次堆載的情況下，每次堆載產(chǎn)生一定的負位移，接著進行堆載穩(wěn)定階段時，位移有一定的恢復現(xiàn)象，隨著堆載的施加真空階段產(chǎn)生的位移基本被抵消，分3次堆載對于加固區(qū)外的影響是最小的，最后趨于初始狀態(tài)，說明分級加載對軟土路基加固最有利。

圖5 加固區(qū)外1m處水平位移-時間曲線

綜上，當堆載速率不同時，對加固區(qū)外的變形趨勢造成了一定的影響，但最終結果相差不大。

3 結論

本文以實際工程為背景，研究了不同堆載速率對真空聯(lián)合堆載預壓路基沉降變形的影響。根據(jù)實際工程條件，采用ABAQUS軟件建立了真空聯(lián)合堆載預壓處理軟土路基模型，考慮了一次性堆載3.3m、分2次堆載3.3m、分3次堆載3.3m的3種堆載速率對路基沉降變形的影響。基于計算結果得到以下結論：

（1）真空聯(lián)合堆載預壓豎向沉降最大處發(fā)生在路基中心處，一次性堆載3.3m下的路基豎向沉降變形最小，分3次堆載3.3m下的路基豎向變形最大，處理效果最好。

（2）真空聯(lián)合堆載預壓路基堆載速率不同，路基加固區(qū)外1m處水平位位移不同，分3次加載時加固區(qū)外1m處水平位移最小。

因此，真空聯(lián)合堆載預壓處理軟土路基，分級加載的軟土路基豎向沉降變形最大，效果最好，安全性較高，對軟土路基處理最有利，為實際工程提供施工指導。□