围滩吹填工程地下既有管线变形计算浅析--以江苏常熟边滩整治工程为例.pdf

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1、第45卷第15期人民长江Vo1．45．No．152014年8月YangtzeRiverAug．，2014文章编号：1001—4179(2014)15—0059一O4围滩吹填工程地下既有管线变形计算浅析——以江苏常熟边滩整治工程为例周冬妮，尚钦(长江勘测规划设计研究院规划设计处，湖北武汉430010)摘要：为准确计算大面积吹填工程对软土地基既有管线造成的变形影响，结合江苏常熟边滩整治工程实例，分别采用工程规范法、有限单元法等几种常用方法对管线的变形进行了计算。通过对比分析各方法的计算结果，并参考以往实际管线工程的变形情况后认为，一般理论公

2、式法计算结果偏大，有限单元法计算结果基本符合实际。同时，通过进一步分析计算，得出了类似工程可根据管线埋深和管线上部大面积堆载的高度，初步判断管线基础是否需要采取处理措施的简单方法。关键词：吹填区；软土；既有管线；地基沉降；有限元中图法分类号：TV52文献标志码：A随着国民经济的发展，土地资源越来越稀缺，近年范围内已存在3个水厂，原水管线共6根，全部从围堤来沿海滩涂地区围堤吹填项目增长迅猛。而该地区多下穿过。既有管线为DN1800钢制水管，管中心标高有水管、输油管、输气管等地下管线分布，此类管线对一6．50m，均采用顶管法穿越长江干堤至深

3、泓区。该变形控制要求严格，因此，如何较为准确计算大面积吹工程新建围堤主要填筑材料采用袋装砂，堤顶高程填工程对既有管线的变形影响，是工程设计者必须要7．30m，原地面高程一0．43m左右。工程区为长江冲解决的问题。积地层，属第四系全新统。堤基广泛分布压缩性较大吹填区地下既有管线沉降变形具有以下特性。的淤泥质重粉质壤土及粉质黏土层。(1)深厚软土地区的大面积吹填，荷载影响范围2管线变形计算广、深度大，沉降量大，同时软土固结时间长，管线可能在竣工数年后破坏，具有隐蔽性。由于原水管线为钢管，其管材强度、稳定性都有较(2)地下既有管线在穿越滩涂地

4、区时多采用顶管大富余。但地下埋管相关规范对管线纵向变形均有较法施工，其自身抗变形能力差，受地基土变形的影响严格的要求。按照《输气管道工程设计规范》规定，垂大。直面弹性敷设管道的曲率半径不得小于钢管外径的(3)由于穿越滩涂地区的地下管线较长，其纵向1000倍；按照《上海市原水引水管渠保护技术标准》规变形较大，而规范对管线纵向变形控制要求严格，对最定，曲率半径不得小于钢管外径的3000倍。按上述技小曲率半径有较高要求。术规范，该工程管线最大沉降应控制在18am以内，因此，主要工程问题是管线的纵向沉降变形。1工程概况由于一般水工建筑物的设计年

5、限为50a，软土地常熟边滩整治工程围堤堤线以望虞河和海洋泾之基的固结在此期间已基本完成。因此，沉降计算仅关间长江干堤突出的位置为起点，一直到海洋泾与东侧心最终沉降量，避开了对软土地基固结过程的研究，从堤相交为止，围堤总长12．18km，围区吹填面积而使问题大大简化。426．33hm。。围区东侧为常熟市的应急水源地，工程软土地基沉降计算方法较多，归纳起来主要都是收稿日期：2014—04—13作者简介：周冬妮，女，工程师，主要从事水电工程设计工作。E—mail：464916503@qq．eom60人民长江以太沙基一维固结理论、拟三维固结理论

6、或比奥固结故膨胀角，设置为0。。地基土与水管间加入接触单理论为基础的理论公式法和以有限元为代表的数值计元(类型为Noseparation)，允许在小范围内发生无摩算法。主要有压缩变形法、应力历史法、应力路径擦的滑动。法、弹性理论法、现场试验法、预测法、工程类比法2．2．2邓肯张E—B模型等j。工程设计往往着眼于简便有效且有一定的准邓肯等人根据康纳建立的三轴试验应力应变双曲确性，本文就工程设计中广泛应用的几种方法进行了线关系，建立了被广泛运用的增量弹性模型——邓肯对比分析，并分别对该工程的管线沉降进行了计算。张模型。在ANSYS软件中目前

7、还没有内嵌的邓肯张2．1理论公式法模型，但可在APDL中通过编辑命令流来实现。本工程基本计算参数见表1，各公式法的计算原2．3计算结果分析理及方法见表2。DP模型计算的地基沉降与水管沉降变形见图1表1地基土层物理力学参数和图2。兰!竺塑竺竺兰渗躲数类硼度率／P／Pd／c∞／豫角甄av／量Es／．％(g．cm一)(g．cm一)kP8g／(。)MPa一MPa(ci’。J2．2有限元计算方法图1地基沉降变形本文从工程实际运用出发，采用ANSYS大型通用有限元计算软件对地基土选择DP(Drucker—Prager)模型和邓肯张E—B模型分别进行

8、分析计算。2．2．1DP模型Drucker—Prager屈服准则是由D．CDrucker和W．Prager在M—C准则基础上提出的，被广泛应用于各类土力学研究中。利用ANSYS建立有限元模型，将围堤简化为面