预应力管桩施工对海塘的整体影响分析

修海峰 王亚军

摘 要：为探究海塘场区内预应力管桩施工的挤土影响效应，本文结合弹塑性理论，利用三维静动力数值模拟技术对工程问题作仿真计算，结果表明典型海塘区域内预应力管桩施工需作专门防护才可安全实施。

关键词：预应力管桩;挤土效应;海塘;安全评价

中图分类号：U655        文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）05-0089-02

1引言

随着我国海洋能源战略深入，沿海地区能源储备基地建设日趋增多，本文针对我国东部沿海某能源基地扩建项目中罐区预应力管桩群施工引发的灾害性挤土效应[1，2]，通过地应力重分布模拟、打桩动态过程中的地应力响应分析，量化桩基施工对周边海塘的整体影响以及地基承载力性能削弱，为现场工作提供相关设计参考。

2 研究对象

本此研究主要采用仿真模拟的手段，利用超精细数值网格模型GUI技术对场区内的海塘及罐区预应力管桩群系统做模型前处理及精工刻画，如图1所示，所用模型采用三维实体应力单元作离散仿真[3-5]，整体单元数为75，882个，整体节点数为110，887个，如图2示。

仿真计算采用个性化、超精细化建模手段，将模型划分为8个大区，即海堤堤身、塘内回填层、塘外回填层、塘内堤基渣石混合料层、淤泥质粉质黏土层、粉质黏土层、基岩以及管桩区等代层，8个区块的材料参数总体按照如表1标准选取模拟计算。

3仿真结果分析

本次研究所得场区地层初始地应力分布如图3所示，受预应力管桩群施工影响所得挤土区应力分布如图4所示，受挤土效应作用，海堤堤基内潜在滑动区如图5所示。经场区地应力动力计算，本文得到如图6所示的地基应力削弱结果。

4 结论

（1）初始地应力状态下，除表层部分区域外，场内总体处于压应力状态;受罐区预应力管桩施工冲击挤土效应影响，海塘区域内浅层总体出现拉应力，最大处拉应力达到700kPa，此时海塘地基承载力遭到较大幅度削弱;

（2）海塘内海堤与堤基受预应力管桩施工冲击挤土效应影响，整体安全系数从1.3快速下降为1.1;

（3）罐区预应力管桩施工区域内初始地应力分布成层特性显著;

（4） 海塘地层未受扰动前，总体处于固结压缩状态，随着管桩打入地层产生侧向挤土，尤其表层接近堤基处地层的隆起、展开以及拉应力发育显著;

（5）罐区预应力管桩群施工期间，应加强对场区内地层侧移、表土隆起以及薄弱堤段变形的实时监测。

参考文献：

[1] ElishakofF I. Essay on uncertainties in elastic and viscoelastic structures： from A .M. Freudenthals criticisms to modern convex modeling [J]. Computers and Structures， 1995， 56（6）： 871-895.

[2] Guo W D， Randolph M F. An efficient approach for settlement prediction of pile group [J]. Geotechnique， 1999， 49（2）： 161-179.

[3] 王亞军，张我华. 荆南长江干堤模糊自适应随机损伤机理研究[J]， 浙江大学学报（工学版）， 2009， 43（4）：743～749， 776.

[4] 王亚军，张我华. 层状地基非线性性态的数学模拟[J]， 水利与建筑工程学报， 2009， 7（1）： 1～3， 38.

[5] 王亚军，金峰，张楚汉，王进廷，甘孝清. 舟山海域海相砂土循环激振下的液化破坏孔压模型， 岩石力学与工程学报， 2013， 32（3）： 582～597.

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51109118， 51879236）;浙江省自然科学基金资助项目（No. LHY21E090003） 。