基于流变效应下泵站不均匀沉降分析和加固措施研究

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土体流变导致建筑物不均匀沉降是工程界常见的问题之一。我国有一大批建造在长江、黄河、黑龙江、松花江等土质堤防上的泵站、水闸等水利建筑物。在这些工程运行过程中有很多忽视土体流变的情况下发生了地基沉降的失败案例。本文结合坐落在灰色粉土基础上的厂房不均匀沉降为例,采用现场观测和有限元分析的方法,分析了土体流变对地下厂房的影响,提出减小土体流变对泵站厂房影响的加固措施,并验证了其加固措施的可行性。主要开展了以下内容的研究:(1)根据现场试验和数据,分析所得数据进行泵站结构稳定复核,判断泵站处于不稳定危险状态;对泵站地下厂房进行渗流分析,计算地基的渗流场,分析渗流位势、渗透坡降等分布和变化规律,据三种典型工况下地基内最大渗透坡降分别为0.054、0.024、0.032,来评价地基的渗透稳定性,分析沉井间隙不封闭对泵站建筑物不均匀沉降带来的影响,验证了渗透变形未对泵站厂房造成影响。(2)结合有限单元法建立地下厂房三维有限元模型,研究土体流变对地下厂房不均匀沉降的影响,结果表明:地下厂房开挖过程中不能忽略土体流变对泵站厂房的影响。考虑土体流变后,并且根据安装间下现场检测揭露的地质条件,选取安装间底部的土体模型为有限元模型进行反演计算,得出1、3#沉井泵房共振、砂土液化和流变的共同影响下,12#安装间向东南方向倾斜,23#安装间向西南方向倾斜,导致安装间发生不均匀沉降。安装间下基础经加固后由软基变为硬基础,地基稳定性已大为改善,变形显著减小。地基产生不均匀沉降后,土体流变也加剧了地基不均匀沉降。多方面因素共同导致了泵站运行后,厂房的不均匀沉降增大,并有进一步发展趋势。(3)根据实地考察,确定加固措施方案,采用高压旋喷桩的加固方法。经过计算可得地基尺寸8.4m×6.8m×20m,刚性基础尺寸设置为6.8m×6.8m×2m,桩长、桩径,取最优方案结果0.8m×12m。计算模型直接取的是安装间下部土体,高程为开挖平面到沉井底部的高程,模型计算深度为20m。加固后厂房基础应力均降低,经过有限元反演运行13年后,并且进行有桩和无桩刚性基础沉降对比,得出泵站厂房安装间下部所取得的土体模型在无桩情况下土体最大位移96.78mm,有桩情况下应力值桩体最大应力为3.054MPa;桩体最大应力为3.079MPa。加桩后最大位移为55.20mm,发生在顶部,相对于无桩的74.96mm,减小了19.76mm。无桩的泵站沉降值远大于加桩后的沉降值,表明高压旋喷桩方法可以有效地应运与建立在江、河旁边的泵站地基加固措施中,对降低流变对泵站厂房有着明显作用。
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