摘要 肋軟體排與吹砂管袋作為一種新型圍堰結(jié)構(gòu)，可用于近海岸防護工程。以砂肋軟體排為土工合成材料加筋墊層護底護灘，以吹砂管袋相互搭接堆填形成的圍堰，具有透水、隔離、過濾作用好，整體性、抗波浪沖刷及適應軟土地基的變形能力強等優(yōu)點，文章針對該新型圍堰結(jié)構(gòu)，開展有限元穩(wěn)定性分析，計算得到位移、受力分布變化情況，基于計算結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 肋軟體排；吹砂管袋；圍堰

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0010-04

0 引言

隨著我國沿海地區(qū)經(jīng)濟快速增長，基礎建設越來越被重視，許多沿海灘涂地區(qū)成為重要的開發(fā)區(qū)域。在工程建設中，面臨著許多涉及海相淤泥軟土地基的挑戰(zhàn)。通常該類軟土的特性是含水量高、滲透性差，以及抗剪強度較低，還含有壓縮性高及觸變性高等特點[1]。作為一項系統(tǒng)工程，圍堰的形成是海岸工程一項關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)濟、快速、安全地修建圍堰是一項高難度的工作，研究和發(fā)展離岸圍堰的建造技術(shù)，是我國工程建設發(fā)展的迫切需求。

近年來，砂肋軟體排和吹砂管袋在海岸工程中逐漸受到推崇并得到廣泛應用。砂肋軟體排被用作一種土工合成材料，用于加筋、墊層、護底和護灘。而吹砂管袋則通過相互搭接和堆填形成有效的圍堰結(jié)構(gòu)。砂肋排管袋圍堰技術(shù)具有透水、隔離、過濾作用好，整體性、抗波浪沖刷及適應軟土地基變形能力強等優(yōu)點，有效解決了灘涂區(qū)圍堰工程面臨的難題。

1 工程概況

所選工程區(qū)域位于東部廈門市的海滄大道，地形呈現(xiàn)平坦特征，處于濱海相潮間帶灘涂地區(qū)。地面標高范圍為?2.69～0.00 m，漲潮時海水淹沒的水深為3.0～5.0 m，而在潮退時，大片區(qū)域則裸露出水面[2]。此處半日潮具有季節(jié)周期性。通常秋季的潮汐變化較大，冬季的潮汐變化較小。過去的幾年中，這里的平均潮汐差距是3.96 m（黃海的高度），而最高的潮汐值是4.53 m。每日的漲落時間相差大概40～60 min，而且，這里的潮汐和波浪主要是由水的作用產(chǎn)生的。海滄大道的總長度為5.85 km，是城市中的一級主干道路，路面設計寬度52.0 m。

2 加固原理

（1）在灘涂淺水和潮汐區(qū)域進行淤泥地基土上部堆填體施工時，利用枯水期的退潮時段，采用人工鋪排砂肋軟體排進行底部保護。這種軟排體是通過使用針刺無紡土工布和編織布進行縫制和拼接而制成的。在軟體排的頂部和底部，分別采用了反濾土工布層和機織布層。頂部和底部之間通過縫制形成了若干個單元體。每個單元體的周圍用沙子填充，形成具有主肋和輔肋的框格形狀[3]。這種結(jié)構(gòu)設計旨在提高對堆填體的穩(wěn)定性和護底效果。砂肋軟體排鋪設在開挖清基面與吹填管袋之間，在枯季及潮退后采用人工鋪排。砂肋軟體排被覆蓋在水流沖刷的區(qū)域，砂肋軟體能夠利用頂部的土工織物，防止土粒被水沖刷。同時，作為土工復合材料，其加筋效果明顯，有效提高堆填體抗滑穩(wěn)定性。

（2）充砂管袋是由聚丙烯和聚乙烯土工布縫制而成的袋體，經(jīng)加工后運送至施工現(xiàn)場，根據(jù)放樣位置進行鋪設。在現(xiàn)場，可以利用泥漿泵機組進行管袋的填充[4]。具體而言，可以就地取材獲取砂土，然后通過泥漿泵輸送至攤鋪好的袋體充填口。在這個過程中，砂土泥漿經(jīng)由袋體內(nèi)部流動，泥水隨著土工袋頂部的出口排出，而泥砂則在袋內(nèi)積聚。

由于充填泥砂的管袋具有較大的體積和質(zhì)量，因此在水中沉降時不容易受到水流的沖刷，形成了一種有效的圍堰結(jié)構(gòu)。這種圍堰方法具有就地取材、施工簡單、進度快、經(jīng)濟效益顯著、拆除方便以及高度環(huán)保等顯著優(yōu)點。

3 穩(wěn)定性計算分析

該章利用ABAQUS有限元建模分析軟件進行了對海灘區(qū)淤泥路基砂肋排管袋圍堰的平面應變二維數(shù)值模擬。通過考慮各種因素，包括砂肋排、管袋圍堰以及靠海測反壓護道等，可以更全面地了解在不同施工階段中結(jié)構(gòu)的響應和穩(wěn)定性。

3.1 計算模型及邊界條件

基于實際情況，在海滄大道K5+000的典型截面上，構(gòu)建了平面應變數(shù)據(jù)模型，為了確保模擬計算的準確性，在構(gòu)建模型時考慮了反壓護道、土工格柵等因素對軟土地基固結(jié)變形的影響，對袋裝砂井超載固結(jié)進行了詳盡模擬分析。

實際監(jiān)測和分析結(jié)果顯示，在灘涂地區(qū)的工程中，由于實施了圍堰隔水措施，潮汐對孔隙水壓力的影響相對較小，因此可以忽略潮汐對軟土地基固結(jié)變形的影響。為簡化計算，砂的容重和模型參數(shù)與同層土的參數(shù)一致。在該文的分析中，路基填土和反壓護道、砂肋排采用線彈性模型，并對淤泥和黏土體進行了彈塑性材料的考慮，采用了Mohr-Coulomb準則屈服。

3.2 計算結(jié)果與分析

3.2.1 地表沉降

如圖1、圖2所示。路堤表面的最大沉降為45.51 cm，淤泥層表面的最大沉降為91.26 cm，這與實測情況基本一致，符合袋裝砂井的設計、堆載和預壓期的設計要求。

3.2.2 水平位移

（1）整體水平位移

如圖3、圖4所示。整體水平位移等值線近似呈現(xiàn)橢圓形，輻射狀分布。隨著深度的增加，水平位移逐漸減小。

通過計算得知，土層在填土的壓縮下發(fā)生了固結(jié)，其位移結(jié)果顯示左側(cè)為負，最大值為?209.6 mm，右側(cè)為正，最大值為204.96 mm。這表明土層在填土過程中，兩側(cè)各自發(fā)生了移動，在淤泥層以下約1～3 m的位置水平位移最大。

（2）反壓護道對水平位移的影響

反壓護道對水平位移的影響圖如圖5、圖6所示。實際施工中，左側(cè)設置了反壓護道。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析得到，在反壓護道上部與淤泥的接觸區(qū)域，水平位移等值線呈現(xiàn)為正值，而在底部為負值，且水平位移方向是向右的，這說明反壓護道有效地抑制了路堤由中心向外發(fā)生的水平位移。

（3）砂肋軟體排

砂肋軟體排在軸向受力方面如圖7所示。大部分軸力表現(xiàn)為拉力，最大拉力可達67.95 kN，軸力只在右側(cè)一小范圍內(nèi)表現(xiàn)為壓力。巨大的軸向力作用在土工格柵上，并且這些力的作用方向是由中心朝向兩側(cè)。這說明土工格柵的存在對灘涂區(qū)填土具有防止向外滑移、減小水平位移的作用。

4 結(jié)論

該文詳細介紹了砂肋排管袋圍堰技術(shù)，并運用ABAQUS有限元建模分析軟件，通過實際工程情況，建立了平面應變模型，并對比了模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)，驗證了分析的合理性，且該方案對海灘區(qū)淤泥路基進行排水固結(jié)，取得了預期的效果，反壓護道、砂肋軟體排在阻止土層相對滑移方面表現(xiàn)良好，該方案的成功實施為砂肋排管袋圍堰技術(shù)的發(fā)展提供了理論依據(jù)。

參考文獻

[1]朱小強，李東鵬，徐建.淺水條件下砂肋軟體排鋪設施工方法[J].中國水運（下半月），2018（9）：153-154.

[2]王良民.濱海相城市道路軟基綜合加固措施與效果評價研究[D].長沙：中南大學，2011.

[3]張祖臣.土工布軟體排在濰坊濱海人工沙灘防護工程中的應用[J].低碳世界，2017（15）：161-162.

[4]方華美，范柯杰.Geotube土工管袋的施工探析[J].水利建設與管理，2014（8）：9-11.