樁基臨近大壩施工影響報(bào)告

目錄一、計(jì)算背景1二、地質(zhì)條件1三、固結(jié)分析2四、模型建立2五、計(jì)算結(jié)果5六、結(jié)果分析9-PAGE12-計(jì)算背景通道是滬（崇）蘇公路越江通道的北段，是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中上海至西安高速公路的一部分。本方案所研究地段位于江蘇省與上海市的交界處。根據(jù)施工計(jì)劃安排，本區(qū)域先建造大壩，歷時兩個月；一年以后施工大橋橋墩樁基礎(chǔ)。由于場地下臥有粘性土層，土體固結(jié)時間較長，可能在大橋施工完成后固結(jié)尚未完成，因此可能對樁基產(chǎn)生一定的影響。本次預(yù)測即對該影響進(jìn)行一定的模擬，對由于固結(jié)而對橋墩產(chǎn)生的影響進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)該模擬可進(jìn)行針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。地質(zhì)條件根據(jù)巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程場地內(nèi)土體物理力學(xué)特性如下表所示：層序土層名稱土層厚度（m）壓縮模量Es1～2(MPa)直剪（固快）滲透系數(shù)（20℃）內(nèi)聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(°)KVCm/sKHCm/s①3-1灰褐色淤泥7.001.6068.56.05E-0067.09E-006①3-2灰褐色粘質(zhì)粉土土夾粘性土土3.505.541123.52.21E-0032.26E-003=2\*GB3②3-1灰色砂質(zhì)粉土5.509.87730.01.24E-0031.43E-003=5\*GB3⑤1灰色粉質(zhì)粘土夾夾粉土19.503.801617.02.72E-0063.31E-006=5\*GB3⑤3灰色粉質(zhì)粘土8.505.371825.01.36E-0031.47E-003⑦1灰色砂質(zhì)粉土16.8010.99831.53.53E-0033.84E-003⑦t灰色粉質(zhì)粘土6.005.952223.0⑦2灰色粉砂4.2014.76236.5⑧灰褐色粉質(zhì)粘土土4.404.472124.5⑨灰色含礫粉細(xì)砂砂未鉆穿17.18036.5上表中只提供了⑦1層土以上土體的滲透系數(shù)，而樁底位于⑦1層土體，因此⑦1層以下土體的固結(jié)程度對模擬過程影響較小，故本報(bào)告中對該部分土體的滲透系數(shù)的選用，參考了類似土層以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。固結(jié)分析固結(jié)變形機(jī)理天然土體一般是由礦物顆粒構(gòu)成骨架體，再由孔隙水和氣填充骨架體孔隙而組成的三相體系。土體顆粒壓縮性很小，一般認(rèn)為其不可壓縮。因此土體的變形是孔隙水的流失及氣體體積減小、顆粒重新排列、粒間距離縮短、骨架體發(fā)生錯動的結(jié)果。對于飽和的兩相土，孔隙水壓縮量很小，孔隙水體積的變化主要因?yàn)榭紫端臐B出。對于非飽和的三相土，除孔隙水滲出外，土體固結(jié)變形還與飽和度變化有很大關(guān)系?？紫稓獾臐B出、壓縮及溶解度的改變等，都會引起飽和度的改變。由于孔隙體積變化和顆粒重新排列需要有一個時間過程，因此土體固結(jié)變形與時間有關(guān)。土體所受荷載作用瞬時，主要由孔隙水承擔(dān)，隨后由于孔隙水體積逐漸滲出，孔隙壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增加。在有效應(yīng)力作用下，骨架體產(chǎn)生的變形分為瞬時變形和蠕動變形，其中后者由于顆粒重新排列和骨架體錯動的時間效應(yīng)而與時間有關(guān)。固結(jié)計(jì)算常見的固結(jié)計(jì)算理論為泰沙基固結(jié)理論和比奧固結(jié)理論等。前者只有在一維情況下是精確的，對于二維、三維問題并不精確，而后者從較嚴(yán)格的固結(jié)機(jī)理出發(fā)，推導(dǎo)了準(zhǔn)確反映孔隙水壓力消散于土骨架變形相互關(guān)系的固結(jié)方程。針對本工程來說，大壩對于整個場地來說相當(dāng)于條形荷載，不滿足泰沙基理論的基本假定，因此選用較為準(zhǔn)確的比奧固結(jié)理論進(jìn)行研究。模型建立大壩由拋石備料、充砂管袋、吹填土等組成，其平面寬度約90.1米，高度為灘地以上6.7米。大橋橋墩間距50米，橋墩由雙承臺構(gòu)成，承臺樁樁長50米。兩者走向之間接近垂直，其平面圖如下所示：圖1大壩與大橋關(guān)系圖因此模擬方案按照平面應(yīng)變問題考慮，根據(jù)大壩尺寸和橋墩的布置，模型尺寸選為200米×90米。圖2網(wǎng)格劃分圖計(jì)算假定：土體材料采用Mohr-Coulomb模型；大壩施工以前，場地內(nèi)土體均為正常固結(jié)土體；計(jì)算內(nèi)容：根據(jù)施工計(jì)劃，固結(jié)計(jì)算從大壩開始施工算起，到大壩施工完畢作為一個施工步；大壩建造完成后有一年的固結(jié)時間，該段時間為土體自身固結(jié)過程；然后施工樁基；由于固結(jié)是一個漫長的過程，因此本次模擬計(jì)算的最終狀態(tài)定為超孔隙水壓力<0.1KPa，即認(rèn)為超孔隙水壓力消散基本完成。模擬工況為：建造大壩（2個月）—〉固結(jié)（1年）—〉施工樁基—〉超孔隙水壓力<0.1Kpa。由于軟件按照平面問題進(jìn)行分析，因此模型中如果要考慮樁基的作用，則樁基所在的斷面將是完全不透水層，減慢超孔隙水壓力的擴(kuò)散，而實(shí)際上樁基以及承臺等均為局部的不透水結(jié)構(gòu)，因此將產(chǎn)生較大的誤差，其計(jì)算樁身受力將遠(yuǎn)大于實(shí)際受力，造成成本的增加。本模擬分析中將不考慮樁基在固結(jié)過程的作用，對整個下臥土體的固結(jié)過程進(jìn)行模擬，通過分析模擬結(jié)果，判斷樁基施工后殘余固結(jié)對樁身產(chǎn)生的影響。另外，程序選擇了土體中典型的區(qū)域進(jìn)行計(jì)算過程的跟蹤，觀察其計(jì)算結(jié)果的變化。觀察點(diǎn)的分布如下圖所示：圖3觀察點(diǎn)布置圖計(jì)算結(jié)果大壩施工完畢時超孔隙水壓力分布情況圖4超孔隙水壓力分布圖（最大值：22.63Kpa）一年以后超孔隙水壓力分布情況圖5超孔隙水壓力分布圖（最大值：0.584Kpa）超孔隙水壓力<0.1KPa時分布情況（689天）圖6超孔隙水壓力分布圖（最大值：0.046Kpa）各觀察點(diǎn)超孔隙水壓力變化圖圖7超孔隙水壓力變化圖各觀察點(diǎn)水平位移變化圖圖8觀察點(diǎn)水平位移變化圖各觀察點(diǎn)豎向位移變化圖圖9觀察點(diǎn)豎向位移變化圖結(jié)果匯總：各階段超孔隙水壓力（Mpa）點(diǎn)時時間大壩施工完成一年后ExcessPPmaax<0..1KpaaA21.0090.5750.042B7.8840.1280.006C9.4070.2260.011D9.4140.2270.011E0.2270.0030.0002F0.190.00270.000155各階段土體豎向位移（mm）點(diǎn)時時間大壩施工完成一年后ExcessPPmaax<0..1KpaaA240253253B648737738C439472473D377405406E102102102F626262各階段土體水平位移（mm）點(diǎn)時時間大壩施工完成一年后ExcessPPmaax<0..1KpaaA969292B229225225C135130130D125121121E424141F212121結(jié)果分析1、超孔隙水壓力：大壩建造過程中地面產(chǎn)生超載，因此產(chǎn)生超孔隙水壓力，直到大壩建造完成。土體中超孔隙水壓力的擴(kuò)散，跟土體的滲透系數(shù)密切相關(guān)，滲透系數(shù)大的土體，其孔隙水容易流動，因此超孔隙水壓力消散較快；而滲透系數(shù)較小的土體，孔隙水壓力則消散較慢。超孔隙水壓力的消散是一個漫長的過程，一旦超孔隙水壓力消散至0，主固結(jié)即基本完成。根據(jù)前文的工程地質(zhì)條件，可見場地內(nèi)5-1層灰色粉質(zhì)粘土夾粉土滲透系數(shù)較小，約10-6cm/s數(shù)量級，不利于超孔隙水壓力的消散，土體固結(jié)過程較為緩慢，因此對樁基影響較大。從計(jì)算結(jié)果也可以看出，超孔隙水壓力主要存在于該層土體中。2、土體位移：由于建造大壩產(chǎn)生超載，破壞了原有的應(yīng)力場，因此原場地下臥土體產(chǎn)生沉降以及水平向的變形。從圖8和圖9中可以看出，大壩建造完成一年后（425天），各層土體的變形均已基本完成（假設(shè)超孔隙水壓力小于0.1Kpa時固結(jié)完成）。通過上述結(jié)果以及分析，可以看出大壩施工完成一