水泥土攪拌樁對管廊結構變形影響分析

潘國華 宋葉青 孔增增 連坦帥

(1.杭州交投建設工程有限公司，浙江 杭州 310004；2.重慶交通大學國家內河航道整治工程技術研究中心，重慶 400047)

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設兩類及以上管線的公共隧道。19世紀，法國巴黎建造了世界上第一條綜合管廊，如今歐洲已經建成大量的綜合管廊，我國大陸地區起步較晚，截至2016年底，我國內地已經有147個城市正在建設。隨著管廊工程在城市中大規模的建設，管廊結構的安全性也越來越受到關注。管廊結構的不均勻沉降是引起管廊工程安全性問題的因素之一。在軟土地區，上部不均勻荷載易使管廊結構之間產生不均勻沉降，從而影響內部管線的安全。

水泥土攪拌樁利用水泥作為固化劑的方法，加固軟黏土地基，從而提高地基的承載能力。如今水泥土攪拌樁復合地基在我國建設項目當中的應用越來越廣泛。

一、模型建立

采用ABQUSEH建立二維平面模型，建立的管廊模型共5節，每節管廊長24.96m，管廊兩側設置0.02m作為管廊的結構縫。管廊地下3m范圍內設置有水泥攪拌樁，如圖1所示。

圖中從上到下依次為：管廊、水泥土攪拌樁、土體1、土體2和土體3。將5節管廊按照從左到右的順序，依次定義為1號、2號、3號、4號和5號。

圖1 管廊模型圖

模型中土體采用Moh r-Cou lomb塑性模型，管廊和水泥土攪拌樁采用彈性模型，管廊結構的彈性模量E取2.15×104MPa，泊松比取0.2。土層變形模量參數和材料力學參數如表1所示。

二、豎向荷載作用下管廊縱向結構位移

管廊結構受到的回填土荷載假設為均布荷載，大小為306kN，管廊沉降值對比，如圖2所示。

在管廊最大沉降量的對比中，均布荷載下3號管廊的最大沉降量為-684mm，而水泥土攪拌樁地基下的3號管廊最大沉降量-398mm，水泥土攪拌樁地基下的沉降量為天然地基沉降量的58%，可見水泥土攪拌樁提高了地基條件。

表1 土層變形模量

表1 土層變形模量

圖2 管廊沉降值對比

三、水泥攪拌樁對管廊縱向結構的影響分析

（一）強度對管廊縱向結構位移的影響

根據水泥土攪拌樁常用的幾個抗壓強度，對管廊施加306kN的均布荷載。計算工況如表2所示，均布荷載下管廊撓曲線對比、轉角差值對比，如圖3、圖4所示。

表2 水泥攪拌樁強度工況計算表

表2 水泥攪拌樁強度工況計算表

圖3 均布荷載下管廊撓曲線對比

圖4 均布荷載下管廊轉角差值對比

水泥土強度越高，管廊間的不均勻沉降越小，即：荷載直接作用的管廊，其沉降及轉角值減小，而荷載沒有直接作用的管廊，其沉降及轉角值有所增大。

（二）置換率對管廊縱向結構位移的影響

改變土體的置換率，將會影響土體的復合模量，從而對管廊縱向結構的位移變化產生影響，計算工況如表3所示。

表3 水泥攪拌樁置換率工況計算表

表3 水泥攪拌樁置換率工況計算表

由此可知，水泥土樁置換率高，管廊間的不均勻沉降越小，即：荷載直接作用的管廊，其沉降及轉角值減小，而荷載沒有直接作用的管廊，其沉降及轉角值有所增大。增大管廊的置換率相比于增大水泥土強度較為有效，均布荷載下管廊撓度對比、轉角差值對比，如圖5、圖6所示。

圖5 均布荷載下管廊撓度對比

圖6 均布荷載下管廊轉角差值對比

（三）處理深度對管廊縱向結構位移的影響

水泥土攪拌樁處理深度率對管廊縱向結構的影響，計算工況如表4所示，均布荷載下管廊撓度對比、轉角差值對比，如圖7、圖8所示。

表4 水泥處理深度工況計算表

表4 水泥處理深度工況計算表

圖7 均布荷載下管廊撓度對比

圖8 均布荷載下管廊轉角差值對比

由上可知，處理深度越高，管廊間的不均勻沉降越小，與上兩節不同的是，無論管廊是否作用，各節管廊的沉降量均有所減小。增加管廊的處理深度是三種方法中最為行之有效的一個。

四、結語

設置水泥土攪拌樁可以有效地控制受載區管廊結構的沉降和轉角，水泥土攪拌樁地基下的最大沉降量較天然地基沉降量減小了近50%，提高了地基條件；在相同的荷載條件下，通過改變水泥土攪拌樁的抗壓強度、置換率和處理深度均有減小管廊結構位移和轉角的作用，其中增加水泥土攪拌樁的處理深度是最有效的辦法。