真空預壓側向位移預估及控制效果分析

李 龍

（中交（天津）生態環保設計研究院有限公司，天津 300461）

引 言

地基處理項目位于天津臨港經濟區，地基采用真空預壓法處理，處理深度約19 m。預壓區邊界距離既有道路路基（道路施工完成但未驗收）坡腳約18 m，根據以往經驗，地基處理期間的側向位移極有可能影響到道路路基，而影響道路路基安全穩定是不允許的。如何有效的預估預壓地基側向影響范圍，并采取有效措施保護路基的安全穩定成為本項目需要研究的關鍵問題之一。

1 工程概述

1.1 項目概況

地基采用真空預壓法進行處理，總處理面積約40 萬m2，共分為15 個處理分區。

本項目實施的難點之一是地基處理邊界線距離已加固路基（真空預壓加固）邊坡外邊線較近（見圖1），影響道路路基安全穩定的風險很大，但又不能影響路基的安全及正常使用。

圖1 工程形勢

1.2 方法思路

由于預壓區沉降量的大小、地基土的性質等均會對側向位移的大小產生影響，結合以往經驗，采用以下思路解決本項目的問題：

1）首先采用分層總和法、物理指標計算法等綜合預估擬處理區域的地基沉降量，并根據沉降預估結果反算各軟土層的力學參數。

2）以反算的力學參數為基礎，采用Flac 3d 對真空預壓區進行數值模擬，并分析預壓區域側向影響范圍。

3）依據側向位移分析結果，采取合理的工程措施，如挖溝、打樁等，并對所采取措施的效果進行模擬，并確定所采取措施的參數。

4）沿路基布置側向位移監測點，根據側向位移監測情況及時采取有效的措施，從而保證路基的安全、正常使用。

1.3 應用軟件

FLAC 即快速拉格朗日差分分析（Fast Lagrangian Analysis of Continua），其基于顯示差分來獲得模型全部運動方程和本構方程的步長解，本構方程基于應力應變定義和虎克定律導出，運動方程則直接采用柯西運動方程。該軟件主要適用于模擬計算巖土材料的力學行為及巖土材料達到屈服極限后達到的塑性流動，對巖土大變形模擬有較好的適用性。

2 側向位移分析及控制

本文以真空預壓第12 分區為例進行分析。

2.1 地質概況

1）處理區域地層分布

根據場地鉆孔揭示資料，擬處理軟土主要可分為兩層，即上部的淤泥和下部的淤泥質粘土、粉質粘土層，具體描述如下：

①吹填土：灰色，流塑狀，局部夾粉土團塊，無搖振反應。

②淤泥質粘土：灰色，流塑～軟塑，局部夾粉土透鏡體。

③粉質粘土：灰褐色，可塑～硬塑，局部夾分布團塊。

物理力學指標見表1。

2）已處理區域地層分布

已加固路基下土層與擬處理區土層分布稍有不同，主要為淤泥質粘土、粘土和粉質粘土，具體描述如下：

①淤泥質粘土：灰色，軟塑狀，局部夾分布團塊，無搖振反應；

②粘土：灰色，軟塑～可塑，局部夾淤泥質粘土和粉土，無搖振反應；

③粉質粘土：灰褐色，可塑～硬塑，局部夾淤泥質粉質粘土和粉土團塊。

物理力學指標見表2。

表1 擬處理區軟土層物理力學指標

表2 已加固區土層物理力學指標

2.2 沉降計算

根據沉降擬處理區地層分布，結合土層物理力學指標，地基處理12 區預估沉降量見表3。備注：以上沉降量為90 %固結度沉降量。

表3 沉降計算結果

從表3 沉降計算結果可知，上層吹填土的沉降量平均值約1.2 m，下層淤泥質粘土的沉降量約 0.95 m，總沉降量約2.19 m。

2.3 建模及分析

1）模型建立

圖1 模型及網格劃分

建模及網格劃分見圖1。2）側向位移分析（工況1-無應力釋放溝）

模型計算參數的選取以巖土勘察資料為參照，以處理區的沉降量為控制準則，綜合考慮土體的位移協調性，確定數值分析各土層的計算參數。并距離邊界線10 m，16 m 和22 m 設置側向位移監測點，見圖1。

處理區淤泥層沉降量為1.18 m，淤泥質粘土層沉降量為0.93 m，總沉降量為2.11 m 的側向位移見圖2，各監測點側向位移見圖3。

從圖2 可看出，距離處理區邊界越遠，側向位移量越小，同斷面，淺部的側向位移比深部大；路基坡腳處的最大位移可能達到2～3 cm，且從右向左側向位移量快速增大。結果表明：在不采取措施的情況下，項目的實施影響路基邊坡穩定性的風險較大。

圖2 局部位移

圖3 側向位移（無溝）

3）側向位移分析（工況2-有應力釋放溝）

為減小側向位移影響的范圍，采取在路基坡腳與邊界線之間挖溝的方法。而溝的位置則應考慮現場實際情況，既不能距離坡腳太近，也不能太遠，太近則會影響路基邊坡的穩定性，太遠則可能起不到預期的效果。依據溝位置的試算結果，結合以往經驗，溝的位置定位與距離路基坡腳5 m。

在沉降量與工況1 相同情況下的側向位移見圖4，各監測點側向位移見圖5。

圖4 總體位移

圖5 側向位移（有溝）

2.4 控制措施及監測方案

根據以上模擬結果，結合以往工程經驗，采取以下工程措施及監測方案：

1）距離路基邊坡坡腳5 m 挖頂寬度為1.5 m，深度為2.0 m 的溝（事前）；

2）距離地基處理邊界距離為10 m，16 m，22 m布置水位和側向位移監測點（事中）；

3）在施工過程中，根據側向位移速率、累計位移量等指標，決定是否需要采取其他控制措施，如停泵減壓等（事中）；

4）總結分析側向位移監測成果，為以后類似項目提供參照（事后）。

3 討論與分析

3.1 地基處理監測分析

1）分層沉降

分層沉降監測結果表明，12 區地表累計沉降量為2.11 m，吹填土沉降量為1.2 m，下層淤泥質粘土沉降量為0.9 m，與沉降預估結果較接近。結合現場實測側向位移結果，說明以預估沉降反算的土層參數為基礎模擬的結果與現場實際發生結果有一定的相似性，模擬結果可為項目的實施提供指導意義。

2）側向位移

項目實施過程中，側向位移的速率和累計側向位移量，均未超出警戒值，各斷面的實測側向位移見圖7。從圖6 和圖7 的對比中可看出，模擬結果與實際監測結果在各斷面的位移量上有一定的誤差，但兩者在相同斷面的位移趨勢有一定的相似性，模擬結果基本反映了現場的側向位移趨勢。

圖6 模擬側向位移（有溝）

圖7 實測側向位移

3.2 側向影響范圍的分析

以上分析結果表明，側向位移模擬結果與實測結果有較好的一致性，距離加固區邊界22 m 處的模擬側向位移量約為11 mm，實測側向位移量約為19 mm；圖3 和圖5 模擬結果表明，側向影響范圍約23～25 m。綜合模擬結果與監測結果，結合以往地基處理經驗，可判斷該真空預壓地基處理項目的側向影響范圍約為22～25 m。

4 結 語

1）研究了基于沉降預估的真空預壓地基處理側向位移模擬方法并將該方法進行應用，結果表明，該方法模擬結果與現場實測結果有較好的一致性，可有效的預估真空預壓地基側向影響范圍。

2）以控制地基側向影響范圍為目標，以數值模擬成果為參照，采取經濟合理的側向位移控制措施并制定針對性的側向位移監測方案，有效的保證了工程的安全順利實施。

3）側向位移分析結果表明，本項目真空預壓期間的側向位移影響范圍約為23～25 m，可為以后類似項目的實施提供參考。