灘涂區(qū)淤泥路基砂肋軟體排聯(lián)合管袋圍堰穩(wěn)定性計(jì)算分析

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(hù)工程。以砂肋軟體排為土工合成材料加筋墊層護(hù)底護(hù)灘，以吹砂管袋相互搭接堆填形成的圍堰，具有透水、隔離、過(guò)濾作用好，整體性、抗波浪沖刷及適應(yīng)軟土地基的變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，文章針對(duì)該新型圍堰結(jié)構(gòu)，開(kāi)展有限元穩(wěn)定性分析，計(jì)算得到位移、受力分布變化情況，基于計(jì)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(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0010-04

0 引言

隨著我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，基礎(chǔ)建設(shè)越來(lái)越被重視，許多沿海灘涂地區(qū)成為重要的開(kāi)發(fā)區(qū)域。在工程建設(shè)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(qiáng)度較低，還含有壓縮性高及觸變性高等特點(diǎn)[1]。作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，圍堰的形成是海岸工程一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、快速、安全地修建圍堰是一項(xiàng)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(guó)工程建設(shè)發(fā)展的迫切需求。

近年來(lái)，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(yīng)用。砂肋軟體排被用作一種土工合成材料，用于加筋、墊層、護(hù)底和護(hù)灘。而吹砂管袋則通過(guò)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(guò)濾作用好，整體性、抗波浪沖刷及適應(yīng)軟土地基變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(biāo)高范圍為?2.69～0.00 m，漲潮時(shí)海水淹沒(méi)的水深為3.0～5.0 m，而在潮退時(shí)，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(guò)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(shí)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(zhǎng)度為5.85 km，是城市中的一級(jí)主干道路，路面設(shè)計(jì)寬度52.0 m。

2 加固原理

（1）在灘涂淺水和潮汐區(qū)域進(jìn)行淤泥地基土上部堆填體施工時(shí)，利用枯水期的退潮時(shí)段，采用人工鋪排砂肋軟體排進(jìn)行底部保護(hù)。這種軟排體是通過(guò)使用針刺無(wú)紡?fù)凉げ己途幙棽歼M(jìn)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(jī)織布層。頂部和底部之間通過(guò)縫制形成了若干個(gè)單元體。每個(gè)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(shè)計(jì)旨在提高對(duì)堆填體的穩(wěn)定性和護(hù)底效果。砂肋軟體排鋪設(shè)在開(kāi)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(shí)，作為土工復(fù)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(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)放樣位置進(jìn)行鋪設(shè)。在現(xiàn)場(chǎng)，可以利用泥漿泵機(jī)組進(jìn)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(guò)泥漿泵輸送至攤鋪好的袋體充填口。在這個(gè)過(guò)程中，砂土泥漿經(jīng)由袋體內(nèi)部流動(dòng)，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(shí)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(jiǎn)單、進(jìn)度快、經(jīng)濟(jì)效益顯著、拆除方便以及高度環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)。

3 穩(wěn)定性計(jì)算分析

該章利用ABAQUS有限元建模分析軟件進(jìn)行了對(duì)海灘區(qū)淤泥路基砂肋排管袋圍堰的平面應(yīng)變二維數(shù)值模擬。通過(guò)考慮各種因素，包括砂肋排、管袋圍堰以及靠海測(cè)反壓護(hù)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(yīng)和穩(wěn)定性。

3.1 計(jì)算模型及邊界條件

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

實(shí)際監(jiān)測(cè)和分析結(jié)果顯示，在灘涂地區(qū)的工程中，由于實(shí)施了圍堰隔水措施，潮汐對(duì)孔隙水壓力的影響相對(duì)較小，因此可以忽略潮汐對(duì)軟土地基固結(jié)變形的影響。為簡(jiǎn)化計(jì)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(hù)道、砂肋排采用線彈性模型，并對(duì)淤泥和黏土體進(jìn)行了彈塑性材料的考慮，采用了Mohr-Coulomb準(zhǔn)則屈服。

3.2 計(jì)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(shí)測(cè)情況基本一致，符合袋裝砂井的設(shè)計(jì)、堆載和預(yù)壓期的設(shè)計(jì)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(guò)計(jì)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(fù)，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(guò)程中，兩側(cè)各自發(fā)生了移動(dòng)，在淤泥層以下約1～3 m的位置水平位移最大。

（2）反壓護(hù)道對(duì)水平位移的影響

反壓護(hù)道對(duì)水平位移的影響圖如圖5、圖6所示。實(shí)際施工中，左側(cè)設(shè)置了反壓護(hù)道。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析得到，在反壓護(hù)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(fù)值，且水平位移方向是向右的，這說(shuō)明反壓護(hù)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(dá)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(shuō)明土工格柵的存在對(duì)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(xì)介紹了砂肋排管袋圍堰技術(shù)，并運(yùn)用ABAQUS有限元建模分析軟件，通過(guò)實(shí)際工程情況，建立了平面應(yīng)變模型，并對(duì)比了模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了分析的合理性，且該方案對(duì)海灘區(qū)淤泥路基進(jìn)行排水固結(jié)，取得了預(yù)期的效果，反壓護(hù)道、砂肋軟體排在阻止土層相對(duì)滑移方面表現(xiàn)良好，該方案的成功實(shí)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(xiàn)

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