軟土路基水泥砂漿樁的加固效果及參數(shù)影響分析

摘要 水泥砂漿樁作為軟土路基治理常用技術(shù)手段，具有節(jié)能環(huán)保、成樁效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，能顯著增強(qiáng)地基承載能力，減小施工后的沉降。為有效提升水泥砂漿樁施工技術(shù)水平，保證軟土路基加固效果，文章依托某公路項(xiàng)目軟土路基治理案例，通過(guò)構(gòu)建有限元模型，對(duì)水泥砂漿樁加固效果及不同樁距、樁長(zhǎng)、樁身剛度下的路基沉降變化實(shí)施模擬分析。結(jié)果顯示：（1）水泥砂漿樁處治前、后路基沉降由170.0 mm下降至90.0 mm，降幅高達(dá)47.1%，效果顯著；（2）適當(dāng)縮小樁距能有效減小路基沉降，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)綜合成本及實(shí)際情況合理確定樁距；（3）樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，樁體與土體之間的摩擦力越大，地基承載力越高，沉降越??；（4）樁身剛度越大，路基沉降越小，但減小幅度較小，實(shí)際施工中通常不考慮該方式。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；軟土路基；水泥砂漿樁；加固效果；數(shù)值模擬分析

中圖分類號(hào) U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0133-03

0 引言

水泥砂漿樁是一種新型軟土路基加固技術(shù)，主要是以水泥、中粗砂作為膠結(jié)材料，利用深層攪拌裝置對(duì)軟基內(nèi)部軟土實(shí)施拌和，通過(guò)膠結(jié)材料與軟土之間產(chǎn)生理化反應(yīng)，形成復(fù)合型地基，從而有效增強(qiáng)地基承載能力，達(dá)到軟土路基加固的目的。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、成本低、加固效果好等諸多優(yōu)勢(shì)，得到了業(yè)界同仁的一致認(rèn)可。為此，該文依托某公路項(xiàng)目軟基治理實(shí)例，系統(tǒng)分析了水泥砂漿樁加固效果及參數(shù)變化對(duì)路基沉降的影響，對(duì)提高水泥砂漿樁施工水平，保證軟基加固效果，具有重要意義。

1 工程概況

某公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)路基寬25.0 m，沿線分布大量軟土層；地質(zhì)勘查顯示，軟土區(qū)域地層以粉黏土及黏土為主，通過(guò)研究決定選用水泥砂漿樁對(duì)軟土區(qū)域?qū)嵤┘庸?，具體加固示意見(jiàn)圖1所示。路基填方高度4.5 m，底部砂墊層厚0.5 m，粉黏土及黏土層厚度均為8.0 m，軟基頂面寬12.5 m，高4.5 m，邊坡坡比1∶1.5，填筑過(guò)程中利用分層填壓方式進(jìn)行施工。水泥砂漿樁長(zhǎng)10.0 m，樁徑0.5 m，布設(shè)間距1.3 m。

2 數(shù)值建模

根據(jù)該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)PLAXIS系統(tǒng)構(gòu)建軟土路基模型，見(jiàn)圖2所示。該路基左、右幅呈對(duì)稱分布，因此選取左半幅實(shí)施模擬分析，其頂面寬12.5 m，寬4.5 m，邊坡坡比1∶1.5。該模型尺寸為長(zhǎng)×寬×高=10.0 m×50.0 m×20.5 m，砂墊層厚0.5 m，樁長(zhǎng)10.0 m，樁端進(jìn)入持力層2.0 m，樁徑0.5 m，布設(shè)間距1.3 m。通過(guò)摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型實(shí)施模擬，上表面呈自由狀態(tài)，底部及側(cè)面均對(duì)位移施加約束作用[1]。

該路基各土層材料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1所示，水泥砂漿樁及土工格柵的主要物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬對(duì)比分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與模擬值比較，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性實(shí)施檢驗(yàn)，詳細(xì)對(duì)比曲線見(jiàn)圖3所示。

從圖3可知，實(shí)測(cè)值與模擬值基本一致，偏差不超過(guò)10.0%，充分表明該模擬方法具有較強(qiáng)的可行性，能夠用來(lái)對(duì)加固效果實(shí)施模擬分析[2]。

4 數(shù)值結(jié)果分析

4.1 加固效果分析

通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)水泥砂漿處治效果實(shí)施模擬分析，路基處治前后的沉降變化規(guī)律見(jiàn)圖4所示。

從圖4可知，采用水泥砂漿樁對(duì)軟土路基實(shí)施加固后，其沉降由170.0 mm下降至90.0 mm，降幅高達(dá)47.1%，充分表明水泥砂漿樁的加固效果顯著。

4.2 參數(shù)變化對(duì)路基沉降變形影響分析

為有效了解樁距、樁長(zhǎng)及樁體剛度等參數(shù)變化對(duì)路基沉降的影響，通過(guò)數(shù)值模型對(duì)不同樁距、樁長(zhǎng)及樁體剛度下路基沉降的變化規(guī)律實(shí)施模擬分析[3]。具體情況如下：

（1）樁距對(duì)路基沉降影響。選取樁距分別為1.0 m、1.3 m、1.6 m實(shí)施模擬分析，得到不同樁距下路基沉降的變化規(guī)律，見(jiàn)圖5所示。

從圖5可知，樁距越小，路基沉降越??；如路基中心線位置，樁距分別為1.6 m、1.3 m、1.0 m條件下，路基沉降量依次為?88.16 mm、?84.89 mm、?81.83 mm，與間距1.6 m條件下相比，1.3 m、1.0 m樁距條件下的路基沉降量下降幅度分別為3.7%、7.2%，所以實(shí)際施工中可適當(dāng)縮小樁距，以有效控制路基沉降；但由于樁距過(guò)小時(shí)，將在一定程度上影響樁間土體的效用，并增大造價(jià)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理確定樁距[4]。

（2）樁長(zhǎng)對(duì)路基沉降影響。選取樁長(zhǎng)分別為8.0 m、10.0 m、12.0 m實(shí)施模擬分析，得到不同樁長(zhǎng)下路基沉降的變化規(guī)律，見(jiàn)圖6所示。

從圖6可知，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，路基沉降越?。蝗缏坊行木€位置，樁長(zhǎng)為8.0 m、10.0 m、12.0 m條件下，路基沉降量依次為?99.39 mm、?86.82 mm、?76.19 mm，與8.0 m樁長(zhǎng)條件下相比，10.0 m、12.0 m樁長(zhǎng)條件下的路基沉降量下降幅度分別為12.6%、23.3%，這主要是由于樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，樁體與土體之間的摩擦力越大，地基承載力越高，沉降就越小。所以，實(shí)際施工中可采取增加樁長(zhǎng)的方式控制路基沉降[5]。

（3）樁體剛度對(duì)路基沉降影響。選取樁體剛度分別為1×108 N/m、2×108 N/m、3×108 N/m實(shí)施模擬分析，得到不同樁體剛度下路基沉降的變化規(guī)律，見(jiàn)圖7所示。

從圖7可知，樁體剛度越大，路基沉降越小；如路基中心線位置，在樁體剛度為1×108 N/m、2×108 N/m、3×108 N/m的條件下，路基沉降量依次為?90.14 mm、?87.35 mm、?86.08 mm，與樁體剛度為1×108 N/m的條件下相比，2×108 N/m、3×108 N/m樁體剛度條件下的路基沉降量下降幅度分別為3.1%、4.5%，降幅較小。因此，該方法在實(shí)際施工中通常為備用方法，應(yīng)優(yōu)先通過(guò)縮小樁距或增大樁長(zhǎng)對(duì)沉降實(shí)施控制。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文結(jié)合某公路項(xiàng)目軟土路基治理案例，通過(guò)構(gòu)建有限元模型，對(duì)水泥砂漿樁加固效果及不同樁距、樁長(zhǎng)、樁身剛度下的路基沉降變化實(shí)施模擬分析，得出如下結(jié)論：

（1）實(shí)測(cè)值與模擬值基本一致，偏差不超過(guò)10.0%，充分表明該模擬方法具有較強(qiáng)的可行性，能夠用于對(duì)加固效果實(shí)施模擬分析。

（2）采用水泥砂漿樁對(duì)軟土路基實(shí)施加固后，其沉降量由170.0 mm下降至90.0 mm，降幅高達(dá)40.0%，充分表明水泥砂漿樁的加固效果顯著。

（3）縮小樁距、增加樁長(zhǎng)、提高樁體剛度均能在一定程度上減小路基沉降，其中樁體剛度對(duì)路基沉降的影響較小，工程實(shí)踐中應(yīng)優(yōu)先通過(guò)縮小樁距或增加樁長(zhǎng)方式對(duì)路基沉降實(shí)施控制。

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收稿日期：2024-02-05

作者簡(jiǎn)介：劉葵（1991—），男，本科，助理工程師，從事公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。