东湖双排钢板桩围堰在抽水阶变形情况分析(2)
时间：2017-06-23 来源：施工技术 作者：徐顺平,戴小松,张安政 本文字数：5527字
2 围堰支护结构数值模拟。
根据对全线地质资料查阅，选择以东湖通道K1 + 450 处围堰为典型断面进行研究。此处地质变化起伏较大，围堰两侧板桩底均处于淤泥质黏土层。围堰支护结构形式为双排钢板桩围堰，围堰宽度 7m,迎水面钢板桩顶高程 22. 000m,背水面钢板桩顶高程 21. 000m; 拉杆标高 20. 000m,拉杆两侧采用[28b 作为垫板。常年平均水位 19. 580m,湖底标高 16. 500m; 围堰内填筑黏土防止湖水渗流，在迎水面侧设置子围堰，标高 21. 500m.钢板桩拉接钢筋为 32@800,迎水面与背水面钢板长为 15,18m,分别进入湖底土层 10,14m,钢板桩底均处于淤泥质软土层中，抽水后围堰内外水位差为 3. 0m.湖底土层从上到下依次为： 4m 厚淤泥层，1. 5m 厚黏土层，9. 5m 厚淤泥质土层，3m 厚粉质黏土层，以下为强风化岩层。基坑宽度 40m,基坑左边缘距离左边背水面钢板桩 20m,基坑右边缘距离右边背水面钢板桩50m,计算深度取为 30m.钢板桩尺寸与设计一样。
为进一步研究软土地基双排钢板桩围堰特性，在设计“前短后长”围堰支护结构形式上进一步优化，提出“前长后短”围堰支护结构，即改变迎水面和背水面钢板桩长度，以研究 2 种不同结构形式在围堰抽水过程中变形及稳定性变化情况。
2. 1 分析计算时岩土体强度参数取值。
岩土体参数取值和拉森式 SP-IV 型钢板桩参数取值分别如表 l,2 所示。
2. 2 不同围堰支护结构形式数值模拟。
本模型在左右两侧边界面约束 x 方向位移，前后两侧边界面约束 y 方向位移，底部约束 x,y,z 方向位移，本模型中水压力荷载按面荷载形式施加。模型中钢板桩与周围土体的接触处理方式如下： 首先建立 1 条与钢板桩长度及宽度相同的三维实体单元，而后将钢板桩用 embed 的方式（ 类似共节点连接） 嵌入到上述实体单元中，再将该实体单元与周围土体建立接触，如图 3 所示，摩擦系数取为 0. 1.
拉接钢筋与钢板桩建立 tie 连接的方式（ 类似共节点连接） ,支撑与支护桩采用相同的连接方式。支护桩采用 embed 的方式嵌入到周围土体中。
2. 3 结构计算及其模拟结果。
根据查阅文献资料，钢板桩由于不同的抽水速率会造成土体内孔隙水压力变化情况的不同。水压力作用下，土体的变形包括弹塑性变形、土体的固结变形。本计算中不考虑土体的固结变形影响：①固结变形随着时间的推移不断增长，与所讨论的问题相悖，实际情况下降水过程时间越短位移反而越大； ②考虑到降水过程的时间较短（ 大约 30d） ,土体的固结变形效应造成的变形较小。本计算中主要考虑降水过程中土体的变形造成土体中超孔隙水压力的产生，而超孔隙水压力的存在会造成土体塑性变形参数的改变（ 莫尔-库仑模型中主要是摩擦角参数的改变） .当土体为正常固结状态时，表现为固结排水条件下摩擦角参数大于固结不排水条件下摩擦角，实际降水过程中土体的莫尔-库仑材料参数应介于两者之间。当前的计算软件通过设置材料的渗透系数，可以做到孔隙水压力随时间而改变，计算中分别考虑钢板桩“前长后短”和“前短后长”两种结构形式在 5 种不同抽水速率工况过程的位移变形情况。
2. 3. 1 钢板桩“前短后长”情况下抽水过程的数值模拟（ 见图 4）。
根据对全线地质资料查阅，选择以东湖通道K1 + 450 处围堰为典型断面进行研究。此处地质变化起伏较大，围堰两侧板桩底均处于淤泥质黏土层。围堰支护结构形式为双排钢板桩围堰，围堰宽度 7m,迎水面钢板桩顶高程 22. 000m,背水面钢板桩顶高程 21. 000m; 拉杆标高 20. 000m,拉杆两侧采用[28b 作为垫板。常年平均水位 19. 580m,湖底标高 16. 500m; 围堰内填筑黏土防止湖水渗流，在迎水面侧设置子围堰，标高 21. 500m.钢板桩拉接钢筋为 32@800,迎水面与背水面钢板长为 15,18m,分别进入湖底土层 10,14m,钢板桩底均处于淤泥质软土层中，抽水后围堰内外水位差为 3. 0m.湖底土层从上到下依次为： 4m 厚淤泥层，1. 5m 厚黏土层，9. 5m 厚淤泥质土层，3m 厚粉质黏土层，以下为强风化岩层。基坑宽度 40m,基坑左边缘距离左边背水面钢板桩 20m,基坑右边缘距离右边背水面钢板桩50m,计算深度取为 30m.钢板桩尺寸与设计一样。
为进一步研究软土地基双排钢板桩围堰特性，在设计“前短后长”围堰支护结构形式上进一步优化，提出“前长后短”围堰支护结构，即改变迎水面和背水面钢板桩长度，以研究 2 种不同结构形式在围堰抽水过程中变形及稳定性变化情况。
2. 1 分析计算时岩土体强度参数取值。
岩土体参数取值和拉森式 SP-IV 型钢板桩参数取值分别如表 l,2 所示。
本模型在左右两侧边界面约束 x 方向位移，前后两侧边界面约束 y 方向位移，底部约束 x,y,z 方向位移，本模型中水压力荷载按面荷载形式施加。模型中钢板桩与周围土体的接触处理方式如下： 首先建立 1 条与钢板桩长度及宽度相同的三维实体单元，而后将钢板桩用 embed 的方式（ 类似共节点连接） 嵌入到上述实体单元中，再将该实体单元与周围土体建立接触，如图 3 所示，摩擦系数取为 0. 1.
2. 3 结构计算及其模拟结果。
根据查阅文献资料，钢板桩由于不同的抽水速率会造成土体内孔隙水压力变化情况的不同。水压力作用下，土体的变形包括弹塑性变形、土体的固结变形。本计算中不考虑土体的固结变形影响：①固结变形随着时间的推移不断增长，与所讨论的问题相悖，实际情况下降水过程时间越短位移反而越大； ②考虑到降水过程的时间较短（ 大约 30d） ,土体的固结变形效应造成的变形较小。本计算中主要考虑降水过程中土体的变形造成土体中超孔隙水压力的产生，而超孔隙水压力的存在会造成土体塑性变形参数的改变（ 莫尔-库仑模型中主要是摩擦角参数的改变） .当土体为正常固结状态时，表现为固结排水条件下摩擦角参数大于固结不排水条件下摩擦角，实际降水过程中土体的莫尔-库仑材料参数应介于两者之间。当前的计算软件通过设置材料的渗透系数，可以做到孔隙水压力随时间而改变，计算中分别考虑钢板桩“前长后短”和“前短后长”两种结构形式在 5 种不同抽水速率工况过程的位移变形情况。
2. 3. 1 钢板桩“前短后长”情况下抽水过程的数值模拟（ 见图 4）。
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