8.漂浮大陸：港珠澳大橋香港口岸漂移事件（三）

Previously on the episode

為了更進一步探究這種效應的影響，這段時間驊仔潛心閉關建模，有三維的有限元模型來模擬回填次序對淤泥的擠壓影響。

海堤有限元計算模型

由於人工島回填的面積巨大，為了提高計算的效率，這次選取了200m長度的回填範圍進行模擬。計算分了四次進行回填（每次填50m的長度），逐漸向鋼圓筒區域靠近，看看在回填逐漸逼近時，鋼圓筒的位移是怎麼變化的。

四次回填的次序關係

鋼圓筒與回填土的空間關係

根據上篇文章的分析，由於淤泥在回填土的壓載下已經出現大變形的失穩，再用室內土工試驗的參數來模擬已經不合時宜。

（小知識：想知道什麼是不合時宜的朋友，可以聽聽汪峰的這首歌：在流行年輕的時候我開始衰老/在崇尚快樂的時候我只想哭泣/在傳唱小蘋果的時候喜歡草帽歌/在已經能夠愛你的時候我開始恨你——汪峰《不合時宜》，2015）

若是土工參數不能用，那應該怎麼進行計算呢？

這時，我們就應該用數值分析中常見的辦法：反分析（back-analysis）。現在已經知道鋼圓筒的水平位移是6~7m，我們可以把淤泥層的力學參數不斷降低，最終使鋼圓筒的計算位移達到6m的時候，來看看從結果中我們能得到什麼有價值的信息。

通過反覆的調試，我得到了理想的計算結果。

1.第一次回填，此時回填邊界距離鋼圓筒150m

第一次回填的整體位移圖，回填處出現了較大的變形

鋼圓筒部分的水平位移，最大約18cm

可以看出，由於此時的回填距離還比較遠，對鋼圓筒的擠壓作用有限，此時基本上對鋼圓筒的水平位移貢獻很小。

2.第二次回填，此時回填邊界距離鋼圓筒100m

第二次回填的整體位移圖，回填邊界處已經有些隆起的徵兆

鋼圓筒部分的水平位移，最大約52cm

在100m左右的範圍內，回填土料對鋼圓筒的擠壓作用已經有了些明顯的變化，但遠還未及6m的數值。（順便提一句，此時52cm的位移值已經與設計時的海堤位移最大值相當接近）

3.第三次回填，此時回填邊界距離鋼圓筒50m

第三次回填的整體位移圖，還沒回填的區域都已經出現了淤泥隆起

鋼圓筒部分的水平位移，最大約1.9m

隨著回填的逼近，鋼圓筒受到的擠壓影響越來越大。整個鋼圓筒的傾斜已經十分明顯，水平位移達到了超出預期的1.9m。

4.第四次回填，回填完畢

第四次回填的整體位移圖，隆起的淤泥又被壓了回去，鋼圓筒的抵抗力受到了極大的挑戰

鋼圓筒部分的水平位移，最大約6.1m

這個階段的影響十分之大。有大約4m的水平位移都是在這裡產生的。最終整個鋼圓筒的位移達到了恐怖的6m。

鋼圓筒的三維變形圖

在三維圖中不難發現，鋼圓筒的變形是由兩部分組成的：

（1）鋼圓筒的整體傾斜；

（2）鋼圓筒靠近回填側的局部屈服。

這說明淤泥的擠壓不僅使鋼圓筒出現了傾斜，由於圓筒是由一片片的鋼板樁拼接而成，在擠壓力大的區域，甚至出現了局部的失圓。

推理終焉：事後的補救

從上面的計算結果來看，我們可以大概了解：在大面積的填海造陸工程中，回填次序的影響至關重要，極端的如本文的例子，甚至可以產生超出10倍的變形。

然而，現實中的情況比較無奈。由於大型工程實際施工情況複雜，條件多變，需要多種施工機械設備的調動配合，即使在施工前預先策劃好了回填的次序，實際施工時也不一定完全符合預想情況。此時，則需要多留意此因素的影響，及時評估其造成影響的重要性。

在2014年底鋼圓筒的過大位移被發現後，隨後就面臨著一個很嚴峻的問題：

如何進行補救？

在網上有限的資料中通過搜索，從下面這篇文章中可以略窺一二。

文章中提到，為了保證海堤的固結穩定，在鋼圓筒後30~57m的範圍內進行了攪拌樁的加固。（但未提及鋼圓筒是否發生了過大的位移）

文章的收稿日期是2015年2月，與鋼圓筒過大位移事件的發生時間巧合地存在一個前後順序的關係。

攪拌樁的採用格柵式布置，單根為1.3m的直徑，具體如下：

攪拌樁的布置形式

這種做法，相當於在鋼圓筒的後面又設置另外一個「鋼圓筒」，使得抵抗水平力的剛度大幅增加。

攪拌樁在橫斷面布置圖

後記

在大型工程中，施工環境複雜多變，稍有未顧及的因素，造成的後果可能會是虛驚一場，也有可能是災難性的。

作為一名岩土工程師，進行工程實踐時一定要以現場的情況為依歸，不能純以規範或指南作出判斷，規範或指南里的公式提供的只是一個模型，並不是真實的情況。在實際工程中，筆者接觸過某些工程師，在碰到工程問題時，考慮問題的角度不是提出的方法是否能解決問題，而是在愁規範里沒有提到怎麼辦，又或者規範的公式算不過怎麼辦……

在本案例中，工程設計的計算結果全部都算過了，結果呢？

文末，留了兩個思考題，在看完本文之餘，大家在空閑時間可以思考一下（其實是驊仔也還沒想到合理的答案……）：

（1）鋼圓筒在傾斜了6m的情況下，若傾斜度繼續加大，是否會出現失穩問題？

（2）在鋼圓筒後方施工攪拌樁後，此部分對剛度的貢獻應該怎麼考慮？

本期文章已完畢，敬請期待下期文章 「9.遑遑三十載：關西國際機場持續30年的地基沉降」

推薦閱讀：