深圳湾填海工程塑厚壁封头料板排水软基沉降

　　为解决土地资源紧缺问题，大面积的填海造陆工程在深圳被广泛采用。深圳湾填海区总用地面积达2. 6km2.该地段属海湾潮间带海积平原，地面标高都低于平均海平面。大部分地段被海水浸没，工程建设必须先进行填海造陆。由于海床上面遍布一层6~7m左右的淤泥和淤泥质土，其物理力学性质较差，拟建场地采用塑料板堆载预压排水固结法处理。目前主要用太沙基固结理论指导塑料板排水固结法软基的设计及施工。由于太沙基固结理论存在缺陷，沉降计算值与实测结果相差较大。深圳湾填海工程的塑料排水板固结排水软基计算的最终沉降量与实测值一般相差20 ~40cm，冲孔封头，最大达50cm，误差为10%~40%造成盲目性和浪费，并且对工程设计、施工安全、工期产生不良影响。本文以比奥固结理论和邓肯一张非线性弹性模型为理论基础，运用排水软基有限元分析工具SFCFEM2000软件对深圳湾填海工程中一塑料板排水软基场区进行了非线性FEM分析，就塑料板排水软基设计沉降计算等问题进行探讨。

　　1平面比奥固结方程及其非线性有限元解在各种固结理论中，比奥固结理论相对是最严密的，比较真实地反映了土的固结过程。其有限元解可以考虑任何复杂的边界条件、荷载条件、土层情况，还可反映土体应力应变非线性与弹塑性。软基固结问题一般都可以把三维空间问题简化为二维平表1深圳湾填海工程一场区地基土邓肯一张模型参数表地层有效应力法内聚力c'/kPa有效应力法内摩檫角9'（°三轴试验参数K三轴试验参数n三轴试验参数Rf三轴试验参数G三轴试验参数F三轴试验参数D渗透系数kx=淤泥淤泥质砂粘土由于平面应变问题的有限元求解方法无法考虑坚向排水体（塑料板）排水的空间作用，开孔封头，赵维炳等将坚向排水体简化成等效的砂墙进行计算。即在有限元网格剖分时，将简化成的排水砂墙间距放大，砂墙之间设置3排或更多孔压自由结点，同时修正土体的渗透系数，以达到简化处理前地基土在相同时间内的固结度相等的要求。这样处理使计算的结点数大大减少，节约了计算机内存，提高了计算速度。但这样做可能带来等效处理的失真及处理过程的繁琐。

　　目前，计算机技术发展迅猛，特别是CPU与内存技术升级很快，这使进行更为复杂大型的FEM分析变为可能。所以可以充分利用现在先进的计算机技术，加厚封头，以牺牲计算机内存和计算速度来换取仿真度。

　　将位于塑料板的结点当作自由孔压结点来计算，并且将塑料板间5等分，这样剖分将使结点数和单元数增加24倍，并可避免等效处理的失真及繁琐过程。有限元计算的网格剖分采用三角形单元方法，把所有的塑料板位置上的结点划分成已知超静孔压边界，不用常规的放大间距的做法，而按实际情况划分，在塑料板与塑料板之间再划分4排结点，使三角形单元更加细小，单元间距为0.m. 3沉降分析（1）是一号场区观测点T115的沉降对比曲线。实线是实测沉降曲线，虚线是有限元计算曲线。

　　（2）表2列出了一号场区部分观测点的最终沉降量观测值、Asaoka法推算值和有限元计算值。计算结果与实测值比较接近，普遍偏大。这是因为一方面，我们在计算中所选的渗透系数不变，一直是用实验得出的值来计算，而实际上渗透系数随着土层的固结而逐渐减小；另一方面是因为场区处理的淤泥是欠固结土，对焊封头，有限元计算中未考虑这一因素。

　　表2―号场区最终沉降量及工后沉降量比较表观测点最终沉降量实测值Asaoka法推算值计算值工后沉降量Asaoka法推算值计算值工后沉降量Sac指的是地基处理完成15年后几个研究点的沉降。几个研究点的工后沉降量见表2.与Asioka法相比较，有限元法算得的工后沉降较小，仅为其80%96%.造成这一差别的原因是与Asaoka法相应的固结计算依据是太沙基一维固结理论，而有限元计算中采用的是比奥二维固结理论，考虑了水平向的渗透、固结速度快，因此工后沉降量偏小。工后沉降量是软基设计中的控制数据之一，直接关系到是否需要进行地基加固处理，以及如何处理。这表明工程设计中依据一维固结理论确定工后沉降量是偏于安全的。

　　4孔压计算结果分析是一号场区T115观测点的孔压曲线。从图中可以看出，有限元计算得出的孔压值反映了孔压随加载而波动的规律，荷载刚加上的瞬间孔压值很大，随后慢慢减小，再一次加载时，孔压又升高，然后又慢慢减小，这样循环至填土加载结束。由于场区淤泥较薄，且软弱层中间有透水较好的土层，故孔压值变化较小，孔隙水压力消散较快。

　　从图中还可以看出，计算值比实测值小，是因为在实际施工过程中集水井中的水未能及时抽出，影响了孔隙水压力的消散；计算的孔压高峰比实测提前，可能是因为测量时间与实际时间差造成的。孔压是一天测量一次，加荷时的孔压瞬时值未能及时测量到。