真空预压近接施工对既有道路保护措施

李玉水1，郭庆梅2，寇晓强3，付建宝3，李斌3

（1.中交横琴投资有限公司，广东珠海519031；2.中交天航港湾建设工程有限公司，天津300450；3.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津300222）

摘要：真空预压近接施工将对既有道路产生拉裂影响，采用FLAC3D软件建立了真空预压既有道路近接施工数值模型，对比分析了采用双排高压旋喷桩和灌注桩两种保护措施情况下对既有道路的影响。支挡结构为双排高压旋喷桩时，真空预压对快速路的影响范围为28 m，道路桩基最大侧向位移为21.4 cm。支挡结构为灌注桩时，影响范围为24 m，道路桩基最大侧向位移为12.6 cm。灌注桩挡墙的保护方案可在一定程度上削弱真空预压对既有道路的不利影响。

关键词：真空预压；既有道路；侧向位移；影响范围

0 引言

珠海市横琴岛位于珠海市陆域东南部，珠江出海口西侧，东隔十字门水道与澳门相邻，南濒南海，西临磨刀门水道，北与珠海南湾城区隔马骝洲水道相望。横琴新区所处地理位置决定了其地基分布土体以滨海相淤泥质软土为主，土体物理力学性能极差。相比较其他地区的淤泥质软土地基，横琴地区的淤泥质软土地基呈现出了含水量更高（普遍在70%左右），淤泥分布厚度更大（普遍分布淤泥层厚度为30 m，局部区域厚度可达40 m）的特点。在如此深厚且软弱的地基上进行土地开发建设，地基变形稳定性常常难以满足设计施工要求，地基一旦受扰动，其变形影响范围将持续至相当远的距离，对周围环境影响巨大，从而为既有建（构）筑物带来诸多的危险因素。

一方面随着横琴新区的开发建设，城市用地的捉襟见肘，另一方面采用软基处理技术拓展城市建设用地势在必行，而软基处理对既有建（构）筑物的影响是深厚软基环境下必须要重点考虑的问题，这将关系着人民的生命财产安全与社会的稳定。

真空预压是软基处理中最为重要的一种手段[1]，根据JGJ 79—2002《建筑地基处理规范》的相关要求[2]，并在遵从土工基本原理[3]的基础上，实现有限元对真空预压过程的模拟[4]，并在此基础上对设计提出的支护结构进行安全性评价，为以后的类似工程提供借鉴，具有一定的实际意义。

1 工程概况

横琴新区某真空预压施工项目临近一条车流量较大的城市道路，真空预压区边线与道路管廊带最近距离7 m（图1所示）。

既有道路采用CFG桩进行基础处理，道路红线范围CFG桩间距为1.8 m，正方形布置。全路段CFG桩均采用直径为40 cm，强度等级为C15商品混凝土，垫层采用50 cm厚级配碎石。CFG桩均打穿淤泥，且进入持力层不小于1.0 m。

图1 地基处理与既有道路位置图
Fig.1Location of vacuum preloading area and existing road

2 地勘资料及软基加固方案

真空预压区处理宽度25 m。处理时首先将场地整平至2.2 m标高，然后打设支挡结构。考虑最不利情况，选取一个软土层厚度最大的断面作为计算断面，计算断面土层参数如表1所示。设计方案采用真空预压对地基进行处理，计算断面处排水板深度为17 m，梅花形布置，间距1 m。真空预压区与快速路之间的支挡结构考虑两种结构形式：一种是双排高压旋喷桩，另一种是灌注桩结构形式。

表1 计算断面土层参数表
Table 1Parameters of soil layers on cross section

土层名称厚度/m密度/（g·cm-3）压缩模量/MPa内黏聚力/kPa内摩擦角/(°)渗透系数/（cm·s-1）垂直水平1-1素填土2.16 1.72 2.06 7.0 16.8 2.71×10-052.95×10-052-1淤泥8.00 1.62 1.84 6.7 16.2 3.44×10-074.56×10-072-2淤泥2.00 1.60 1.72 6.7 16.2 2.90×10-074.37×10-073淤泥7.50 1.62 1.64 7.0 16.0 2.56×10-073.38×10-076-1粉质黏土4.30 1.71 2.29 8.8 16.5 7.21×10-087.15×10-08

3 数值分析模型

根据表1地质资料，使用岩土专业数值分析软件FLAC3D建立如图2所示数值模型。

图2 真空预压近接施工数值模型
Fig.2Model of vacuum preloading close to existing road

模型中考虑对称性，只选取真空预压区的一半和快速路一侧。由于管廊带CFG桩为间隔2 m的正三角形布置，因而模型厚度取1 m，整个模型尺寸为100 m×40 m×1 m，CFG桩在模型正面和背面交错布置，CFG深入6-1粉质黏土层1 m。图中Pile表示为真空预压区和快速路之间的支挡结构，分为高压旋喷桩和灌注桩加高压旋喷桩两种，下文将分别对两种支挡结构下的模型进行分析。图中cfg_pile为快速路路基中的CFG桩，桩直径40 cm，桩身进入粉质黏土1 m，采用实体单元进行模拟。

图3为支护结构示意图，高压旋喷桩直径700 mm，搭接200 mm，挡墙深12 m。灌注桩直径800 mm，间距1 200 mm，桩间填充高压旋喷桩，高压旋喷桩直径600 mm。灌注桩深20 m，高压旋喷桩深11 m。

图3 保护结构示意图
Fig.3Protection structure

模型中全风化花岗岩视为不透水弹性材料，其它土层视为Mohr-Coulomb材料。真空预压区受真空压力85 kPa，计算预压时间120 d。真空预压区塑料排水板采用通用的平面等效化法[5-7]，这里采用柴锦春方法进行等效计算，柴锦春方法的中心思想为：从宏观的角度看，塑料排水板只是增加了整个地基的竖向渗透系数，因此可以考虑用等效竖向渗透系数kve代替原来的竖向渗透系数。柴锦春等效竖向渗透系数kve的计算如式（1）和（2）所示：

式中：kh为原土层水平方向渗透系数；kv为原土层竖直方向渗透系数；ks为涂抹区土层水平方向渗透系数；n=De/dw，De为排水单元直径，dw为排水板等效直径；s=ds/dw，ds为涂抹区等效直径；l为排水路径长度，单面排水时，l等于排水板长度，双面排水时，l等于排水板长度的1/2；qw为排水板的通水量。

4 计算结果及分析

图4给出了抽真空结束时，两种保护措施条件下地基侧向变形分布情况（图中指向道路侧方向为正值）。在使用旋喷桩支护措施时，抽真空施工引起的道路侧地基最大侧向位移集中在路基坡脚下5～6 m深度处，最大位移量达到了22.8 cm，真空预压对既有道路变形影响明显。使用灌注桩作为支护措施时，道路侧地基最大侧向位移集中在路基坡脚下6～8 m深度处，最大位移量为15.8 cm，支护效果略优于旋喷桩，但仍存在较为明显侧向位移。

图4 抽真空结束时侧向位移云图
Fig.4Cloud chart of lateral displacement after vacuum preloading

考察既有道路CFG桩侧向变形（如图5所示），桩体结构整体有向真空预压区弯曲的趋势。道路紧邻真空区CFG桩最大侧向位移为12.6 cm，距真空区15 m处CFG桩最大侧向位移为5.3 cm。灌注桩作为支护结构情况下，抽真空结束时道路CFG桩最大侧向位移为12.6 cm，距离真空区15 m处桩基最大侧向位移10.1 cm，比较双排高压旋喷结构的保护效果，灌注桩支护效果相对理想。

图5道路既有桩基最大位移云图（效果放大10倍）
Fig.5Cloud chart of maximum displacement of existing pile foundation

图6 为路面表层侧向位移与保护措施外边沿距离的关系曲线，取向挡墙方向为正值。结果显示距离高压旋喷桩挡墙28 m处，整体侧向位移出现收敛趋势，因此在双排高压旋喷桩支护情况下，真空预压对道路表层拉裂显著影响距离为28 m。距离灌注桩挡墙24 m处，表层侧向位移出现收敛趋势，因此在灌注桩支护情况下，真空预压对道路表层拉裂显著影响距离为24 m。

图6 表层侧向位移与保护措施外沿距离的关系曲线
Fig.6Relation curve of surface lateral displacement and distance to protect structure

5 保护措施效果分析

支挡结构分别为双排高压旋喷桩和灌注桩两种情况下真空预压区真空预压对快速路的影响情况如表2所示。相比双排高压旋喷桩挡墙，灌注桩方案虽更加能够削弱真空预压对道路的不利影响，但两种保护措施下真空预压对既有道路的影响程度均比较明显。

表2 不同支挡结构对快速路的影响效果对比表
Table 2Comparison of influence of different retaining structures on expressway

项目双排高压旋喷桩灌注桩影响范围/m 28 24紧邻真空区侧向位移/cm 21.4 12.6距真空区15 m处侧向位移/cm 12.9 10.1

真空预压施工对既有道路影响均明显体现在侧向拉裂上[8]，实际上，高压旋喷桩结构及灌注桩结构均非良好的抵抗侧向变形的结构，图7给出了两种保护结构侧向变形云图及效果图，由于高压旋喷桩打设深度不够，未穿透软土层，其侧向位移为典型的整体式向真空区悬浮倾斜特性，而灌注桩打设深度较深，虽然对地基整体侧向位移有一定限制，但由于结构长细比过大，其保护效果也不理想，桩身最大侧向位移量达到了18 cm，桩身结构接近破坏。

图7 保护结构侧向位移分布云图及效果图（放大10倍）
Fig.7Cloud chart and design sketch of lateral displacement of protect structure

6 结语

本文采用FLAC3D软件建立了真空预压区真空预压处理的数值模型，分别分析了保护结构为高压旋喷桩和灌注桩加高压旋喷桩两种情况下真空预压对既有道路的影响，得到了以下结论：

1）保护结构为双排高压旋喷桩时，真空预压对快速路的影响范围为28 m，道路桩基最大侧向位移为21.4 cm；保护结构为灌注桩时，影响范围为24 m，道路桩基最大侧向位移为12.6 cm。

2）相比单纯高压旋喷桩挡墙，采用灌注桩作为保护结构可一定程度上降低真空预压对快速路的不利影响。

3）在横琴新区深厚软土地层条件下，两种刚性桩保护方案保护效果均不能达到工程要求，需要进一步展开深厚软土地基近接施工保护措施的研究。

参考文献：

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Protect measure of vacuum preloading junction construction to the existing road

LI Yu-shui1,GUO Qing-mei2,KOU Xiao-qiang3,FU Jian-bao3,LI Bin3
（1.CCCC Hengqin Investment Co.,Ltd.,Zhuhai,Guangdong 519031,China;2.CCCC Tianhang Harbor Engineering Co.,Ltd., Tianjin 300450,China;3.CCCC Tianjin Port Engineering Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

Abstract：There is an influence of vacuum preloading junction construction to the existing road.The mechanical model of vacuum preloading is established by FLAC3D.The influence of 2 protection measures with double row high-pressure jet grouting pile and cast-in-place pile on existing road is compared and analyzed.When the retaining structure is high-pressure jet grouting pile,the influence of vacuum preload on the expressway is 28 m and the maximum lateral displacement of road pile foundation is 21.4 cm.When the retaining structure is cast-in-place pile,the range of impact zone is 24 m and the maximum lateral displacement of road pile foundation is 12.6 cm.The protection scheme of the cast-in-place pile retaining wall can weaken the adverse impact of vacuum preloading on the existing road.

Key words：vacuum preloading;existing road;lateral displacement;influence scope

中图分类号：U655.4

文献标志码：A

文章编号：2095-7874（2017）06-0087-05

doi：10.7640/zggwjs201706019

收稿日期：2016-11-30

修回日期：2017-03-29

作者简介：李玉水（1982—），男，河北霸州人，工程师，从事市政道路及软基处理的研究和管理工作。E-mail：[e-mail]