真空预压侧向位移预估及控制效果分析

李 龙

（中交（天津）生态环保设计研究院有限公司，天津 300461）

引 言

地基处理项目位于天津临港经济区，地基采用真空预压法处理，处理深度约19 m。预压区边界距离既有道路路基（道路施工完成但未验收）坡脚约18 m，根据以往经验，地基处理期间的侧向位移极有可能影响到道路路基，而影响道路路基安全稳定是不允许的。如何有效的预估预压地基侧向影响范围，并采取有效措施保护路基的安全稳定成为本项目需要研究的关键问题之一。

1 工程概述

1.1 项目概况

地基采用真空预压法进行处理，总处理面积约40 万m2，共分为15 个处理分区。

本项目实施的难点之一是地基处理边界线距离已加固路基（真空预压加固）边坡外边线较近（见图1），影响道路路基安全稳定的风险很大，但又不能影响路基的安全及正常使用。

图1 工程形势

1.2 方法思路

由于预压区沉降量的大小、地基土的性质等均会对侧向位移的大小产生影响，结合以往经验，采用以下思路解决本项目的问题：

1）首先采用分层总和法、物理指标计算法等综合预估拟处理区域的地基沉降量，并根据沉降预估结果反算各软土层的力学参数。

2）以反算的力学参数为基础，采用Flac 3d 对真空预压区进行数值模拟，并分析预压区域侧向影响范围。

3）依据侧向位移分析结果，采取合理的工程措施，如挖沟、打桩等，并对所采取措施的效果进行模拟，并确定所采取措施的参数。

4）沿路基布置侧向位移监测点，根据侧向位移监测情况及时采取有效的措施，从而保证路基的安全、正常使用。

1.3 应用软件

FLAC 即快速拉格朗日差分分析（Fast Lagrangian Analysis of Continua），其基于显示差分来获得模型全部运动方程和本构方程的步长解，本构方程基于应力应变定义和虎克定律导出，运动方程则直接采用柯西运动方程。该软件主要适用于模拟计算岩土材料的力学行为及岩土材料达到屈服极限后达到的塑性流动，对岩土大变形模拟有较好的适用性。

2 侧向位移分析及控制

本文以真空预压第12 分区为例进行分析。

2.1 地质概况

1）处理区域地层分布

根据场地钻孔揭示资料，拟处理软土主要可分为两层，即上部的淤泥和下部的淤泥质粘土、粉质粘土层，具体描述如下：

①吹填土：灰色，流塑状，局部夹粉土团块，无摇振反应。

②淤泥质粘土：灰色，流塑～软塑，局部夹粉土透镜体。

③粉质粘土：灰褐色，可塑～硬塑，局部夹分布团块。

物理力学指标见表1。

2）已处理区域地层分布

已加固路基下土层与拟处理区土层分布稍有不同，主要为淤泥质粘土、粘土和粉质粘土，具体描述如下：

①淤泥质粘土：灰色，软塑状，局部夹分布团块，无摇振反应；

②粘土：灰色，软塑～可塑，局部夹淤泥质粘土和粉土，无摇振反应；

③粉质粘土：灰褐色，可塑～硬塑，局部夹淤泥质粉质粘土和粉土团块。

物理力学指标见表2。

表1 拟处理区软土层物理力学指标

表2 已加固区土层物理力学指标

2.2 沉降计算

根据沉降拟处理区地层分布，结合土层物理力学指标，地基处理12 区预估沉降量见表3。备注：以上沉降量为90 %固结度沉降量。

表3 沉降计算结果

从表3 沉降计算结果可知，上层吹填土的沉降量平均值约1.2 m，下层淤泥质粘土的沉降量约 0.95 m，总沉降量约2.19 m。

2.3 建模及分析

1）模型建立

图1 模型及网格划分

建模及网格划分见图1。2）侧向位移分析（工况1-无应力释放沟）

模型计算参数的选取以岩土勘察资料为参照，以处理区的沉降量为控制准则，综合考虑土体的位移协调性，确定数值分析各土层的计算参数。并距离边界线10 m，16 m 和22 m 设置侧向位移监测点，见图1。

处理区淤泥层沉降量为1.18 m，淤泥质粘土层沉降量为0.93 m，总沉降量为2.11 m 的侧向位移见图2，各监测点侧向位移见图3。

从图2 可看出，距离处理区边界越远，侧向位移量越小，同断面，浅部的侧向位移比深部大；路基坡脚处的最大位移可能达到2～3 cm，且从右向左侧向位移量快速增大。结果表明：在不采取措施的情况下，项目的实施影响路基边坡稳定性的风险较大。

图2 局部位移

图3 侧向位移（无沟）

3）侧向位移分析（工况2-有应力释放沟）

为减小侧向位移影响的范围，采取在路基坡脚与边界线之间挖沟的方法。而沟的位置则应考虑现场实际情况，既不能距离坡脚太近，也不能太远，太近则会影响路基边坡的稳定性，太远则可能起不到预期的效果。依据沟位置的试算结果，结合以往经验，沟的位置定位与距离路基坡脚5 m。

在沉降量与工况1 相同情况下的侧向位移见图4，各监测点侧向位移见图5。

图4 总体位移

图5 侧向位移（有沟）

2.4 控制措施及监测方案

根据以上模拟结果，结合以往工程经验，采取以下工程措施及监测方案：

1）距离路基边坡坡脚5 m 挖顶宽度为1.5 m，深度为2.0 m 的沟（事前）；

2）距离地基处理边界距离为10 m，16 m，22 m布置水位和侧向位移监测点（事中）；

3）在施工过程中，根据侧向位移速率、累计位移量等指标，决定是否需要采取其他控制措施，如停泵减压等（事中）；

4）总结分析侧向位移监测成果，为以后类似项目提供参照（事后）。

3 讨论与分析

3.1 地基处理监测分析

1）分层沉降

分层沉降监测结果表明，12 区地表累计沉降量为2.11 m，吹填土沉降量为1.2 m，下层淤泥质粘土沉降量为0.9 m，与沉降预估结果较接近。结合现场实测侧向位移结果，说明以预估沉降反算的土层参数为基础模拟的结果与现场实际发生结果有一定的相似性，模拟结果可为项目的实施提供指导意义。

2）侧向位移

项目实施过程中，侧向位移的速率和累计侧向位移量，均未超出警戒值，各断面的实测侧向位移见图7。从图6 和图7 的对比中可看出，模拟结果与实际监测结果在各断面的位移量上有一定的误差，但两者在相同断面的位移趋势有一定的相似性，模拟结果基本反映了现场的侧向位移趋势。

图6 模拟侧向位移（有沟）

图7 实测侧向位移

3.2 侧向影响范围的分析

以上分析结果表明，侧向位移模拟结果与实测结果有较好的一致性，距离加固区边界22 m 处的模拟侧向位移量约为11 mm，实测侧向位移量约为19 mm；图3 和图5 模拟结果表明，侧向影响范围约23～25 m。综合模拟结果与监测结果，结合以往地基处理经验，可判断该真空预压地基处理项目的侧向影响范围约为22～25 m。

4 结 语

1）研究了基于沉降预估的真空预压地基处理侧向位移模拟方法并将该方法进行应用，结果表明，该方法模拟结果与现场实测结果有较好的一致性，可有效的预估真空预压地基侧向影响范围。

2）以控制地基侧向影响范围为目标，以数值模拟成果为参照，采取经济合理的侧向位移控制措施并制定针对性的侧向位移监测方案，有效的保证了工程的安全顺利实施。

3）侧向位移分析结果表明，本项目真空预压期间的侧向位移影响范围约为23～25 m，可为以后类似项目的实施提供参考。