灰土擠密樁加固軟土地區(qū)公路路基參數(shù)影響分析

張 莉

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000）

引言

灰土擠密樁作為一種常見(jiàn)的加固路基的方式，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一些研究，于貴等［1-2］分析了灰土擠密樁加固鐵路路基的理論不足，通過(guò)數(shù)值分析和室內(nèi)試驗(yàn)等手段分析了樁徑、樁距、樁長(zhǎng)以及樁軸傾角對(duì)灰土擠密樁加固效果的影響。王嵩等［3-4］以灰土擠密樁為研究對(duì)象，對(duì)灰土擠密樁的施工工藝進(jìn)行了細(xì)致分析與研究。劉衛(wèi)杰等［5-6］以灰土擠密樁加固濕陷性土為研究對(duì)象，通過(guò)分析其成孔工藝、樁位、樁型材料等，對(duì)如何進(jìn)行施工質(zhì)量控制提出了意見(jiàn)。

1 工程概況

某軟土地區(qū)公路路基，原始地表從上至下依次為素填土、粉質(zhì)黏土①～粉質(zhì)黏土⑤，厚度依次為6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m。原始地表以上從上至下依次為瀝青、水穩(wěn)、回填土和墊層。該處公路路基擬采用灰土擠密樁復(fù)合地基進(jìn)行處理。路基上表面寬度設(shè)計(jì)值為14.0 m，高度為2.5 m，坡率按照1 ∶1.5 設(shè)計(jì)，施工時(shí)采用分層鋪填碾壓的方法。灰土擠密樁長(zhǎng)為7 m，樁徑為40 cm，樁間距為1.6 m，為了分析探究灰土擠密樁復(fù)合地基的處理效果，分析相關(guān)參數(shù)指標(biāo)對(duì)建成后營(yíng)運(yùn)期公路沉降的影響。灰土擠密樁加固見(jiàn)圖1。

圖1 灰土擠密樁加固結(jié)構(gòu)/m

2 數(shù)值建模

采用有限元軟件PLAXIS 軟件建立的數(shù)值模型，見(jiàn)圖2。路基的頂部寬度取值為14.0 m，高度為2.5 m，坡率為1 ∶1.5。路堤坡底寬度為10.75 m，模型整體寬度為40 m，模型長(zhǎng)度（垂直路基截面方向）取10 m，土基高度為4 m，原始地表從上至下依次為素填土、粉質(zhì)黏土①～粉質(zhì)黏土⑤，厚度依次為6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m?；彝翑D密樁長(zhǎng)為7 m，樁徑為40 cm，樁間距為1.6 m，建模均采用實(shí)體單位模擬。模型除上邊界外，其他邊界均進(jìn)行位移約束，模型均采用摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型。土體的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，瀝青、水穩(wěn)、回填土、墊層和灰土擠密樁的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖2 數(shù)值模型

表1 土體的物理力學(xué)參數(shù)

表2 其他材料的物理力學(xué)參數(shù)

3 灰土擠密樁加固軟土路基參數(shù)影響分析

3.1 樁長(zhǎng)

樁長(zhǎng)變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見(jiàn)圖3。

圖3 路面沉降隨樁長(zhǎng)變化曲線

由圖3 可知，路面中心沉降最大，往兩側(cè)依次減小。樁長(zhǎng)取11 m、13 m 和15 m 時(shí)，路面中心沉降值分別為4.48 mm、4.31 mm 和4.14 mm，相比于樁長(zhǎng)取11 m 時(shí)，樁長(zhǎng)取13 m 和15 m 時(shí)沉降分別減小了3.8%和7.6%。隨著樁長(zhǎng)的增加，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出線性減小的趨勢(shì)。

3.2 樁間距

樁間距變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見(jiàn)圖4。

圖4 路面沉降隨樁間距變化曲線

由圖4 可知，路面中心沉降最大，往兩側(cè)依次減小。樁間距取2.4 m、1.6 m 和0.8 m 時(shí)，路面中心沉降值分別為5.81 mm、4.87 mm 和4.46 mm，相比于樁間距取2.4 m 時(shí)，樁長(zhǎng)取1.6 m 和0.8 m 時(shí)沉降分別減小了16.2%和23.2%。隨著樁間距的減小，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但沉降減小趨勢(shì)變緩，當(dāng)樁間距較小時(shí)“樁土效應(yīng)”逐漸顯現(xiàn)。

3.3 樁體彈性模量

樁體彈性模量變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見(jiàn)圖5。

圖5 路面沉降隨樁體彈性模量變化曲線

由圖5 可知，路面中心沉降最大，往兩側(cè)依次減小。樁體模量取40 MPa、120 MPa、200 MPa和280 MPa 時(shí)，路面中心沉降值分別為5.51 mm、4.47 mm、4.12 mm 和3.92 mm，相比于樁體模量取40 MPa 時(shí)，樁體模量取120 MPa、200 MPa 和280 MPa時(shí)沉降分別減小了18.9%、25.2%和28.9%。隨著樁體模量的增加，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但沉降減小趨勢(shì)變緩，說(shuō)明合理的增大樁體模量可以有效減小路面沉降，但考慮到經(jīng)濟(jì)效益，樁體模量不宜過(guò)大。

3.4 車輛軸載

車輛荷載變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見(jiàn)圖6，基于規(guī)范BZZ-10 標(biāo)準(zhǔn)軸載［7］，以雙輪組單軸載100 kN 作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，得到標(biāo)準(zhǔn)軸載（0.7 MPa）、1.5 倍標(biāo)準(zhǔn)軸載（1.1 MPa）和2 倍標(biāo)準(zhǔn)軸載（1.4 MPa）時(shí)的路面沉降曲線，見(jiàn)圖 6。

圖6 路面沉降隨荷載變化曲線

由圖6 可知，路面中心沉降最大，往兩側(cè)依次減小。車輛軸載取1.4 MPa、1.1 MPa 和0.7 MPa時(shí)，路面中心沉降值分別為4.76 mm、4.61 mm 和4.49 mm，相比于車輛軸載取1.4 MPa 時(shí)，車輛軸載取1.1 MPa 和0.7 MPa 時(shí)沉降分別減小了3.2%和5.7%。隨著車輛軸載的減小，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著樁長(zhǎng)的增加，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出線性減小的趨勢(shì)；隨著車輛軸載的減小，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。（2）隨著樁間距的減小，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但沉降減小趨勢(shì)變緩，當(dāng)樁間距較小時(shí)“樁土效應(yīng)”逐漸顯現(xiàn)。（3）隨著樁體模量的增加，瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但沉降減小趨勢(shì)變緩，說(shuō)明合理地增大樁體模量可以有效減小路面沉降，但考慮到經(jīng)濟(jì)效益，樁體模量不宜過(guò)大。