旋喷桩加固软土岸坡效果的FLAC模拟研究

旋喷桩加固软土岸坡效果的FLAC模拟研究

杨清华

——以珠海高栏港五万吨货柜码头为例

杨清华

中煤科工集团重庆设计研究院有限公司重庆400016

摘要：本文将以珠海高栏港五万吨货柜码头为例，采用FLAC模拟，对比分析了软土岸坡在采用旋喷桩加固前后土层内部力学和位移趋势的变化，经过高栏港近几年的运行所了解的情况，模拟结果与现场情况基本吻合，说明旋喷桩加固软土岸坡效果明显，可以为类似工程实践和研究提供参考依据。

关键词：软土岸坡；FLAC；旋喷桩；数值模拟

引言

海岸线的形成特点决定了很多海岸线存在大量高含水量的淤泥软土土层。本文采用FLAC对旋喷桩加固的珠海高栏港五万吨货柜码头软土岸坡进行数值模拟，研究软土岸坡内部在加入旋喷桩后的加固效果，为其它软土岸坡地区的工程治理提供可供参考的依据。

1.工程概况

高栏港二期工程于2005年开始动工建设，通过联合真空堆载预压，砂桩处理吹填区下部的两层淤泥土层。但是截止到2006年10月，该岸坡先后沿海岸线发生了大小共3次滑移，事故严重影响了工程的竣工日期，造成了巨大的经济损失。通过后期专门针对岸坡滑移的勘察，发现地基处理措施未起到预期的作用，导致岸坡下卧淤泥质软土层大规模发生位移所致。

本工程已发生了岸坡的滑移后，在一段时间以内将处于极限的相对平衡状态，滑带土的结构受到破坏，非短期能够恢复，同时原有的垂直排水体系也受到破坏。专家经过讨论，建议在滑动带土体强度和垂直排水体系恢复之前不进行加载。因此设计院对建议在滑坡的抗滑段和滑坡体外缘堆填土石加重，并采用砂（石）桩或高压旋喷桩固化，前者可同时用作垂直排水体系，后者具有较大刚度和抗滑力，在进行专家讨论和现场试验后最终采用旋喷桩作为处理方案。滑力，在进行专家讨论和现场试验后最终采用旋喷桩作为处理方案。

2.工程地质特征

本区域所在区域土层从上至下依次为：

灰黄色，灰色素填土，饱和，松散，以粗砾砂为主，颗粒不均匀，磨圆度差，由人工回填而成。部分为砂混淤泥灰色，饱和，松散，以细砂为主，混较多淤泥，含少量贝壳碎片，由回淤而成。平均标贯击数N=2，为软弱土层。灰色，饱和淤泥~淤泥质土，流塑状。灰色淤泥质土，很湿，软塑，土质纯；粘土~粉质粘土，稍湿，软可塑。杂色，灰黄色，灰白色，棕红色，湿，可塑粘土~粉质粘土。浅灰色、灰白色残积土，湿，硬塑粉质粘土状~粉土状。浅灰色、灰白色、灰绿色全风化花岗岩，湿，坚硬粉土状或粉质粘土状。

3.计算模型的建立及计算参数

在综合了削坡措施后，考虑在削坡坡脚处的滑移带进行旋喷桩施工，用水泥对第三大层的淤泥质软土进行置换和加强，从而达到治理边坡的目的。拟治理岸坡剖面详见图1。

本计算应属于平面应变问题，采用FLAC2D进行计算。边坡土层参数见表1，护坡块石、预制混凝土砌块及水泥硬化地面参数见表2。旋喷桩桩采用梅花形布置，桩间距1700mm，每排13根，桩体力学参数根据工程经验，参考《工程地质手册》和相关规范采用以下参数；弹性模量5000MPa；泊松比0.20；粘聚力0.8Mpa；内摩擦角25°；容重15N/m3；桩直径800mm。根据原设计的工作荷载要求，在岸坡顶部施加50kPa的均布荷载。

表1高栏港岸坡滑移岩土体计算参数表

图3旋喷桩处理过的岸坡最大剪应力比及位移矢量图

由以上数值模拟图结果，对比分析其在不进行旋喷桩处理和经过旋喷桩处理后所产生的不同位移状态可知：

（1）通过位移矢量图可以较直观地看出边坡体内土体位移变化趋势，上覆荷载所产生的压力迫使岸坡在预制混凝土砌块下方的振冲砂层和第三、四、五层产生了水平向左的位移，与此同时第五层淤泥层中发生的水平位移在经过第一级台阶时上扬推顶，与从振冲砂层和第三，四层传来的水平向的移动相叠加后，在第一级水平台阶处产生朝向左上的位移，而在坡面处产生呈水平向的位移。这种位移趋势对于岸坡的整体稳定危害极大，因此如何将这种水平向的位移趋势尽量减小就成为岸坡处理中需要解决的关键问题。

（2）加入旋喷桩后，可以明显看出，影响岸坡稳定性的第一级台阶处的水平向位移量大大减小，由原来超过1m的位移量控制在了5cm～10cm之间，而竖向位移则主要集中在了岸坡后缘。在不加入旋喷桩时第一级台阶水平处超过25cm的竖直向上的位移减小到5cm左右的范围，原来发生在混凝土砌块和岸坡接驳处的最大1m的沉降位移也控制在了15cm左右。

（3）通过对比加旋喷桩和不加旋喷桩的位移矢量图可以清楚看出，原来第三层岸坡土体内的水平位移在加载旋喷桩的位置明显减弱，由于该处正好位于混凝土砌块与岸坡顶部接驳的位置下方，因此桩体同时也承担分散了部分的上部荷载，并将荷载转移至软弱土层下方的的亚粘土层。而由于岸坡后缘压缩导致第五层淤泥软土产生的位移，在经过旋喷桩下部土层时受到桩体传递上覆荷载的作用，抵消了一部分向上位移的趋势，同时在失去第三层淤泥土和振冲砂层水平向的挤压位移作用后，其上升至第一级台阶时的水平向位移也随之大大减小，仅有不到10cm的水平位移，从而说明旋喷桩的加入有效地减少了岸坡的位移。

（4）通过对比加桩前后的最大剪应力比云图可以看出，加入旋喷桩后，可以明显看到在第三层加载桩的部位的应力发生了变化。这说明，因旋喷桩的存在，导致软弱淤泥质土层在受到何在作用时由原来的无侧限状态转为有一定边界约束的状态，桩体此时在很大程度上起到了改善了软土层剪应力的分布，缓解了坡脚处应力较集中的情况，从而提高了岸坡的稳定性。

5结论

（1）通过建立FLAC计算模型，分别对开挖后加旋喷桩和不加旋喷桩两种情况进行模拟，计算实际使用中边坡的稳定性和位移，进而研究旋喷桩在岸坡加固中所起到的作用。结果表明在加入在加入桩后，明显增强了岸坡内部第三层软弱淤泥质土的抗剪强度，有效地将上部荷载传入更深土层，减小了坡面在荷载作用下的位移，说明在旋喷桩对稳定坡面的效果是比较明显的。

（2）FLAC软件计算出的软土岸坡滑移结果与实际基本一致，说明应用FLAC进行岸坡稳定性分析是可行的。

（3）旋喷桩加入岸坡后起到了两个作用，首先它在将上部荷载向下传递的过程中同时抑制了下覆土层向上的隆起，其次有效减小了加桩区域的水平向位移。

（4）采用数值计算的方法，找到对稳定性具有影响的控制性土层，进行有针对性的加固措施，不但可以加快工期，而且可以有效降低工程投资。

参考文献：

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