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《內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸》2014年第二期

1數(shù)值模型建立

1.1數(shù)值模型參數(shù)確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，土層分布情況如表1所示，計(jì)算模型材料參數(shù)選取如表2所示。

1.2基數(shù)值模型建立

本文中粉噴樁處治公路軟基數(shù)值分析模型以空間直角坐標(biāo)系三軸X、Y、Z為基準(zhǔn)，地基計(jì)算模型尺寸為60m×30m×15m，模型約束條件為:沿路基橫斷面方向無力學(xué)響應(yīng)，設(shè)置為自由端，沿路線縱斷面方向施加水平位移約束條件，地基底面部分對(duì)所有位移進(jìn)行約束，計(jì)算單元采用有限元模型的單元類型:8節(jié)點(diǎn)等參立方體單元C3D8R。模型尺寸示意圖如圖1所示。

2粉噴樁處治公路軟基沉降影響因素分析

2.1粉噴樁樁長(zhǎng)對(duì)公路軟基沉降影響分析為了分析樁長(zhǎng)對(duì)于粉噴樁處治公路軟土地基沉降效果的影響，建立有限元模型，分析不同樁長(zhǎng)情況下粉噴樁加固公路軟基的沉降控制作用，粉噴樁長(zhǎng)度取值分別為5、6、8、10m。不同樁長(zhǎng)條件下，粉噴樁加固軟基方案中路基頂面最大沉降量計(jì)算結(jié)果如表3所示，沉降隨樁長(zhǎng)變化曲線如圖2所示。分析以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以得出:①樁體穿透軟土層后路基沉降量隨樁長(zhǎng)增加逐漸減小，但變化幅度相對(duì)較小，樁長(zhǎng)每增加2m，路基沉降量減小約1.7%～10.0%，樁體未穿透軟土層時(shí)，樁長(zhǎng)每增加2m，路基沉降量減小約20.5%～27.5%。②當(dāng)粉噴樁穿透軟土層2m后，隨著樁長(zhǎng)增加路基沉降基本保持不變，因此，當(dāng)樁體穿透軟土層后繼續(xù)增加樁長(zhǎng)對(duì)于減小路基沉降量的作用有限，粉噴樁加固公路軟基方案設(shè)計(jì)時(shí)，為了增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性與合理性，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)穿透軟土層到達(dá)持力層即可。

2.2粉噴樁樁間距對(duì)公路軟基沉降影響分析為了分析樁間距對(duì)于粉噴樁處治公路軟土地基沉降效果的影響，采用本文建立的有限元模型對(duì)路基沉降量進(jìn)行計(jì)算，分析不同樁間距情況下粉噴樁加固公路軟基的沉降控制作用，不同工況中取值分別為1.0、1.5、1.8、2.0、2.5、3.0m，樁徑取值為0.5m，不同樁間距條件下，粉噴樁加固軟基方案中路基頂面最大沉降量計(jì)算結(jié)果如表4所示，沉降隨樁間距變化曲線如圖3所示。①樁間距對(duì)粉噴樁處治公路軟基方案的沉降控制效果影響顯著，隨著樁間距增加，路基頂面沉降量增長(zhǎng)速率逐漸加快，樁間距每增加0.5m，路基沉降量增加約51.1%～118.7%。②當(dāng)樁間距大于2.0m后，路基沉降量隨樁間距變化曲線斜率逐漸增加，說明樁間距大于2.0m時(shí)路基沉降對(duì)樁間距變化更為敏感，且沉降量均大于10cm，粉噴樁對(duì)于沉降控制效果相對(duì)較小。③樁間距是影響粉噴樁處治公路軟基方案沉降控制效果的主要因素，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮粉噴樁平面布置形式。

2.3粉噴樁樁徑對(duì)公路軟基沉降影響分析為了分析樁徑對(duì)于粉噴樁處治公路軟土地基方案沉降控制效果的影響，采用本文建立的有限元模型對(duì)三種工況下的路基沉降量進(jìn)行計(jì)算，分析不同樁徑條件下粉噴樁加固公路軟基的沉降控制效果，粉噴樁徑取值分別為0.3、0.5、0.6、0.8、1.0m，樁間距取值分別為1.5、2.0、2.5m，不同樁徑條件下粉噴樁加固軟基方案路基頂面最大沉降量計(jì)算結(jié)果如表5所示，沉降隨樁間距變化曲線如圖4所示。分析以上計(jì)算結(jié)果可以得出:①隨著樁徑增加，路基頂面最大沉降量呈減小趨勢(shì)，樁徑由0.3m增大到1.0m，路基頂面沉降量由7.2～16.7cm減小到3.1～9.8cm。②樁徑小于0.6m時(shí)，路基沉降量隨著樁徑增加而減小的速率較大，樁徑每增加0.1m，路基沉降減小約12.0%～14.5%，樁徑大于0.6m時(shí)，樁徑每增加0.1m，路基沉降減小約3.1%～5.3%，樁徑大于0.6m后，繼續(xù)增大樁徑對(duì)于降低沉降量的作用不明顯。③樁徑對(duì)于粉噴樁處治公路軟基方案沉降控制效果的影響相對(duì)較小，實(shí)際工程中，為了增強(qiáng)處治方案的經(jīng)濟(jì)性與合理性，粉噴樁樁徑應(yīng)控制在0.6m左右。

2.4樁間土承載力對(duì)公路軟基沉降影響分析為了分析樁間土承載力對(duì)于粉噴樁處治公路軟土地基方案沉降控制效果的影響，采用本文建立的有限元模型對(duì)路基沉降量進(jìn)行計(jì)算，本文地基土壓縮模量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果取值為16MPa，計(jì)算不同樁間土承載力對(duì)公路軟基沉降影響作用時(shí)，地基土壓縮模量取值分別為12、16、20、24MPa，粉噴樁徑取值為0.5m，樁間距取值分別為1.5、2.0、2.5m，不同樁間土承載力條件下粉噴樁加固軟基方案路基頂面最大沉降量計(jì)算結(jié)果如表6所示，沉降隨樁間土承載力變化曲線如圖5所示。分析以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以得出:①隨著樁間土壓縮模量增加，路基頂面最大沉降量呈減小趨勢(shì)，樁間土壓縮模量由12MPa增大到24MPa，路基頂面沉降量由6.8～14.8cm減小到2.6～8.5cm。②樁間土壓縮模量小于20MPa時(shí)，路基沉降量隨著樁間土模量增加而減小的速率相對(duì)較大，樁間土模量每增加1MPa，路基沉降減小約4.1%～7.2%，樁間土壓縮模量大于20MPa時(shí)，樁間土模量每增加1MPa，路基沉降減小約3.3%～4.7%，當(dāng)樁間土壓縮模量較低時(shí)，樁間土承載力的變化對(duì)路基沉降影響相對(duì)較大。③樁間土承載力也是影響粉噴樁處治公路軟基方案沉降控制效果的主要因素之一，制定粉噴樁布置方案時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮樁間土承載力的影響，當(dāng)樁間土壓縮模量大于20MPa時(shí)，可適當(dāng)增大樁間距。

3結(jié)語

①系統(tǒng)分析了粉噴樁加固公路軟基機(jī)理，在此基礎(chǔ)上結(jié)合依托工程建立了三維有限元數(shù)值仿真模型，對(duì)典型工況下的軟土地基－粉噴樁－填方路基系統(tǒng)進(jìn)行模擬，為粉噴樁處治公路軟基沉降效果分析奠定基礎(chǔ)。②有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)樁徑為0.5m，樁間距小于1.5m時(shí)，路基頂面最大沉降量均小于10cm;樁間距小于2.5m時(shí)，路基頂面最大沉降量均小于20cm。③對(duì)粉噴樁處治公路軟基方案沉降質(zhì)量控制效果影響作用最顯著的是樁間距，其次是樁徑和樁間土承載力，樁長(zhǎng)對(duì)粉噴樁處治路基沉降效果影響相對(duì)較小。④在實(shí)際工程中，可根據(jù)具體路段的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)確定允許的沉降差值，以不同樁間距布置方案的沉降差為依據(jù)，確定粉噴樁處治方案的具體樁間距布置形式，將路基差異沉降控制在預(yù)定目標(biāo)范圍內(nèi)，達(dá)到主動(dòng)控制的目的。

作者：馬立文梁世斌單位：阿拉善盟公路工程質(zhì)量監(jiān)督站 內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運(yùn)輸廳職業(yè)資格中心