基于AHP法的釘型攪拌樁處理軟基應(yīng)用

楊建國

(山西省交通科學(xué)研究院　太原　030006)

基于AHP法的釘型攪拌樁處理軟基應(yīng)用

楊建國

(山西省交通科學(xué)研究院太原030006)

摘要為解決我國道路軟基工后沉降過大的狀況，同時避免主觀因素造成軟基處理方法不當(dāng)，進(jìn)而處理效果不佳的問題，結(jié)合工程實例，利用層次分析法模型確定采用釘型攪拌樁法進(jìn)行軟基處理，并從方案設(shè)計和效果分析等方面進(jìn)行研究。結(jié)果表明，釘型攪拌樁處理后的代表樁A、B成樁質(zhì)量較好，且累計沉降量分別為3.57 mm和3.98 mm，沉降量顯著降低，符合規(guī)范設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞釘型攪拌樁軟土地基層次分析法

我國軟土分布廣泛，在道路建設(shè)時經(jīng)常遇到軟基處理[1]的問題，如何針對特定的道路修筑要求而采用更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全的軟基處理方式成為亟待解決的問題。道路軟基處理的方法[2]選擇面很廣，通?？梢园凑仗幚碥浲恋纳疃葋韯澐譁\層、中層和深層軟基處理方法，其對應(yīng)的處理深度范圍分別為0~3，3~15 m，以及15 m以上。在實際采用軟基處理方法時，通常是根據(jù)經(jīng)驗來決定,這就帶來了很大的盲目和主觀性，最終造成建設(shè)成本的增加或者處置效果差的后果。為減少這種問題的出現(xiàn),筆者結(jié)合工程實例,采用層次分析法對處理方案進(jìn)行最優(yōu)選取,以期能夠在軟基處理方案上為相關(guān)工程問題提供合理的方法。

1軟基處理方案確定

1.1　工程實例

現(xiàn)有一條設(shè)計速度為80 km/h的高速公路，全長8.5 km，經(jīng)過前期地質(zhì)勘查后，發(fā)現(xiàn)樁號為K6+230~K7+880段地基存在大量軟土層，通過鉆孔取樣得到下層軟土主要的物理力學(xué)性質(zhì)，具體見表1。

表1　軟土主要物理力學(xué)性質(zhì)表

由表1可見，該段軟土分布厚度較厚，高達(dá)16.7 m，處置難度較大。由于該建設(shè)路段屬于連通兩地市的重要路段，對該公路工后沉降要求高，因此，面對軟基處理眾多方法，選擇何種方法做為該路段處理軟基的最優(yōu)方法對該工程有著至關(guān)重要的作用。

1.2　方案初選

該工程需要進(jìn)行軟基處理的深度為16.7 m，處理深度較深，應(yīng)選擇處理深度較大的方案；再考慮到該工程項目對工后沉降的要求很高，通過相關(guān)資料[2]了解到，滿足這2個條件的常用軟基處理方法大概有4種，分別為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法(C1)、CFG樁法(C2)、水泥攪拌樁法(C3)和釘型攪拌樁法(C4)，現(xiàn)擬將這4種方法作為備選方案。

1.3　層次分析模型構(gòu)建

結(jié)合該工程實例，在構(gòu)建層次分析模型時主要從3個方面的因素進(jìn)行考慮,即造價、技術(shù)和環(huán)境。結(jié)合現(xiàn)場技術(shù)人員的相關(guān)意見，特構(gòu)造5個要素層元素,分別為技術(shù)難度(B1)、施工工期(B2)、加固效果(B3)、施工靈活度(B4)及環(huán)境影響(B5)，圖1為具體的層次結(jié)構(gòu)模型。其中：C1方案是真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法；C2方案是CFG樁法；C3方案是水泥攪拌樁法；C4方案是釘型攪拌樁法。

圖1　道路軟基處理方案優(yōu)選層次分析模型

1.4　構(gòu)造判斷矩陣

通過專家調(diào)查和經(jīng)驗可得，A層與B層相對重要性A-B矩陣，如式(2)。

(2)

同理將C層各方按兩兩比較可得到關(guān)于B層因素B1，B2，B3，B4和B5的相對重要性矩陣，具體如下。

1.5　矩陣結(jié)果匯總

為了方便運算使問題簡單化,采用yaahp層次分析軟件對構(gòu)造的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,可分別得到A-B和B-C相關(guān)的矩陣權(quán)重信息，分別見表2~表7。

表2　A-B層次判斷矩陣計算結(jié)果

注：λmax=5.028 1，CR=0.006 3，滿足檢驗。

表3　B1-C層次判斷矩陣計算結(jié)果

注：λmax=4.040 9，CR=0.015 3，滿足檢驗。

表4　B2-C層次判斷矩陣計算結(jié)果

注：λmax=4.014 5，CR=0.005 4，滿足檢驗。

表5　B3-C層次判斷矩陣計算結(jié)果

注：λmax=4.060 5，CR=0.022 7，滿足檢驗。

表6　B4-C層次判斷矩陣計算結(jié)果

注：λmax=4.059 7，CR=0.022 3，滿足檢驗。

表7　B5-C層次判斷矩陣計算結(jié)果

注：λmax=4.064 7，CR=0.024 2，滿足檢驗。

1.6　確定最優(yōu)方案

匯總表2及表7結(jié)果，可得方案C的層次總排序計算結(jié)果，見表8。

表8　方案C的層次總排序計算結(jié)果

注：CR=0.075，滿足檢驗

由表8可知，方案C1，C2，C3和C4的總排序權(quán)重分別為0.206 7，0.242 8，0.235 5，0.315 0，其中方案C4的權(quán)值最高，故決定采用的最優(yōu)的軟基處理方案為C4(釘型攪拌樁法)。

2軟基處理方案設(shè)計

釘型攪拌樁[3]的樁體是變截面形式，能夠提高下部的強(qiáng)度控制能力和豎向承載能力。在方案設(shè)計時，主要從施工方案設(shè)計、單樁載荷試驗設(shè)計以及沉降檢測方案設(shè)計等方面進(jìn)行考慮。

2.1　施工方案設(shè)計

施工采用嚴(yán)格的施工工藝流程：樁機(jī)就位→噴漿攪拌下沉→變徑噴漿攪拌下沉→攪拌提升→變徑噴漿攪拌提升→重復(fù)噴樁攪拌→攪拌提升→樁機(jī)移位，該流程可以適應(yīng)樁體上部的擴(kuò)大頭，從而產(chǎn)生最佳的處置效果。同時為了提高樁體豎向極限承載力，決定采用42.5級水泥類型，其具體施工技術(shù)參數(shù)見表9。

表9　釘型攪拌樁主要施工技術(shù)參數(shù)

2.2　單樁載荷試驗方案設(shè)計

單樁載荷試驗的關(guān)鍵是利用應(yīng)變片來測定單樁的軸力變化情況和變截面的荷載分布情況，可用于后期的樁身質(zhì)量檢測[4]。應(yīng)變片布置在變截面上，間隔0.5 m即設(shè)置1個測點。具體安裝應(yīng)變片時，先在豎向中心軸線鉆直徑為130 mm的孔，在直徑為90 mm的PVC管上粘貼應(yīng)變片，之后將管下到設(shè)計深度后用填充料將管周圍填充即可。

2.3　沉降監(jiān)測方案設(shè)計

在監(jiān)測沉降中采用的儀器為沉降儀[5]，以及磁感應(yīng)環(huán)，其主要通過沉降儀與環(huán)之間的感應(yīng)來確定深度，通常將磁感應(yīng)環(huán)安裝至預(yù)計測量土層的設(shè)計深度，同時將專用的PVC管下放至預(yù)定的位置，這一套沉降測量系統(tǒng)可以根據(jù)感應(yīng)環(huán)的高程變化而確定每一土層上部的沉降量，即可有效確定地基分層的沉降量，同時也可確定各土層之間的相對壓縮量并計算工后沉降。

3加固效果分析

基于層次分析法建立的結(jié)構(gòu)模型，最終選擇了釘型攪拌樁法，為了評價最終的加固效果，我們從現(xiàn)場沉降效果進(jìn)行分析。具體的思路是：首先根據(jù)實測數(shù)據(jù)將沉降-時間(s-lgt)關(guān)系曲線圖繪出，通過該曲線圖可以確定各個代表樁的極限荷載；再者通過極限荷載與對應(yīng)沉降的關(guān)系曲線(Q-s)來確定在極限荷載下的累計沉降量，而從累計沉降量的具體情況可以大致判斷采用釘型攪拌樁處理軟基的效果，采用的代表樁記為A和B，2樁的位置均位于路基中線處。

圖2和圖3分別為代表樁A的沉降-時間(s-lgt)曲線和極限荷載-沉降(Q-s)曲線圖。

圖2A樁的沉降-時間圖3A樁的荷載-沉降

(s-lgt)曲線圖(Q-s)曲線圖

由圖2可見，在樁體受到加載的荷載值不變時，樁體的沉降變化較為緩慢，沒有巨大的變化，較為穩(wěn)定；當(dāng)逐級加載樁體荷載時，沉降量也隨著增大，不過增長率較為緩慢，比較穩(wěn)定；當(dāng)加載為460 kN時，沉降量在lg 80 min以內(nèi)都比較穩(wěn)定，但是在 lg 80 min后沉降出現(xiàn)了大幅度的增大，這表明樁體在460 kN外出現(xiàn)了突變，超過了樁體的極限荷載，樁體受到破壞，故由此可以確定A樁體的極限荷載值為410 kN。再結(jié)合圖4可知其對應(yīng)的累計沉降深度值為3.57 mm，故A代表樁的累計沉降深度為3.57 mm。同理，B樁的s-lgt曲線和Q-s曲線圖見圖4和圖5。

圖4B樁的沉降-時間圖5B樁的荷載-沉降

(s-lgt)曲線圖(Q-s)曲線圖

由圖4可見，在樁體受到加載的荷載值不變時，樁體的沉降變化較為緩慢，較為穩(wěn)定；當(dāng)逐級加載樁體荷載時，沉降量也隨著增大，不過增長率較為緩慢；當(dāng)加載為510 kN時，沉降量在lg 84 min以內(nèi)都比較穩(wěn)定，但是在lg 84 min后沉降出現(xiàn)了大幅度的增大，這表明樁體在510 kN外出現(xiàn)了突變，超過了樁體的極限荷載，樁體受到破壞，故由此可以確定B樁體的極限荷載值為460 kN。結(jié)合圖5可知其對應(yīng)的累計沉降深度值為3.98 mm，故B代表樁的累計沉降深度為3.98 mm。

綜合A樁和B樁2個代表樁體的荷載-沉降(Q-s)關(guān)系曲線圖可知，經(jīng)過釘型攪拌樁處理后的軟基承載力有了明顯的改善，而且極限荷載下的累計沉降量也分別僅為3.57 mm和3.98 mm，表明采用釘型攪拌樁處理軟基效果明顯。

4結(jié)語

結(jié)合工程實例，為滿足實際工程對沉降控制的要求，同時避免由于主觀經(jīng)驗造成的處置效果不佳的問題，采用層次分析法(AHP)對4種備選方案(真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、CFG樁法、水泥攪拌樁法和釘型攪拌樁法進(jìn)行綜合分析，最終確定采用釘型攪拌樁法進(jìn)行該工程項目的軟基處理，并且分別從方案設(shè)計和效果分析等方面對其進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：釘型攪拌樁處理后的代表樁A、B成樁質(zhì)量較好，且累計沉降量也分別僅為3.57 mm和3.98 mm，沉降量顯著降低，符合規(guī)范設(shè)計要求。

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Treatment of Soft Foundation by Using Screw

Type Mixing Pile Method Based on AHP

YangJianguo

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：To solve the problem of the too large post-construction sedimentation in soft soil roadbed and to avoid the bad strengthening effect caused by the inappropriate soft foundation treatment method for subjective factors, combined with practical engineering, the screw type mixing pile is adopted based on the analytic hierarchy process (AHP) model, and the scheme design and effect analysis are studied. The results show that the quality of representative piles (A and B) is better after the screw type mixing pile processing, and the cumulative settlement are respectively 3.57mm and 3.98mm, which have been significantly reduced and can comply with the design requirements of specification.

Key words:screw type mixing pile; soft soil foundation; analytic hierarchy process

收稿日期：2015-09-28

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.023