瞿 瑜 張媛媛 高國旗

(1.寧夏華僑園集團(tuán)公路工程有限公司，寧夏 固原 756000； 2.寧夏大學(xué)，寧夏 銀川 750021)

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高壓旋噴樁對(duì)路基沉降的抑制性研究★

瞿 瑜1張媛媛2高國旗2

(1.寧夏華僑園集團(tuán)公路工程有限公司，寧夏 固原 756000； 2.寧夏大學(xué)，寧夏 銀川 750021)

為了探究高壓旋噴樁對(duì)福銀高速公路桃同段軟土路基的沉降抑制效果，采用ANSYS建立了旋噴樁加固和未加固路基模型，對(duì)比分析了路基加固段與未加固段的沉降量，結(jié)果表明，旋噴樁加固路基不僅可以抑制路基變形而且能有效提高路基強(qiáng)度。

旋噴樁，ANSYS，沉降量，等效應(yīng)力場(chǎng)

0 引言

由于近幾年工程建設(shè)的快速發(fā)展，高壓旋噴樁處理地基技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。高壓旋噴樁加固地基技術(shù)是在20世紀(jì)70年代引進(jìn)到中國，直到80年代國科委將其重點(diǎn)研究后，該技術(shù)的研究及使用才有較大進(jìn)展[1]。由于高壓旋噴樁的施工簡單、迅速以及施工方便的特點(diǎn)，被廣泛用于公路的軟土地基處理，同時(shí)高壓旋噴樁技術(shù)對(duì)淤泥質(zhì)土、粉土、沙土等特殊土地基的加固有良好的效果[2,3]。高壓旋噴樁多用于工程建設(shè)中地基處理，可以有效減少地基的沉降量或差異沉降，文獻(xiàn)[4]中在東莞某通訊機(jī)房利用高壓旋噴樁加固地基以及文獻(xiàn)[5]中湘江某排漬泵站高壓旋噴樁基礎(chǔ)加固。國內(nèi)對(duì)于用高壓旋噴樁加固路基或構(gòu)造物成功的案例較多。如哈長線上行線低高度跨鐵立交橋橋臺(tái)地基加固[6]；天津某高速公路通道橋地基的加固[7]；北哈公路橋基礎(chǔ)的加固[8]。目前該技術(shù)已經(jīng)推廣應(yīng)用至大型水利工程，如長江三峽、東風(fēng)電站就是成功的案例。

1 工程概況

福銀高速公路桃同段病害處治工程起訖樁號(hào)K4+800～K32+800，全長28 km。全路段處于濕陷性黃土、鹽漬土等不良地質(zhì)地區(qū)，在2003年建成通車后該地區(qū)逐步建設(shè)為揚(yáng)黃灌溉區(qū)，地表水下滲，致使大部分路段出現(xiàn)了不同程度的沉降病害。為有效解決路基不斷下沉的問題，設(shè)計(jì)采用了高壓旋噴樁對(duì)地基進(jìn)行加固處理，加固深度為樁身嵌入原地表下7 m～14 m，嵌入路堤1 m，實(shí)際樁長8 m～15 m，樁徑60 cm，橋臺(tái)背樁間距1.5 m×1.5 m，路基段樁間距2.0 m×2.0 m，均按梅花交錯(cuò)布樁，全線總量48 060根，總長度606 888 m。本次高壓旋噴樁注漿采用單管旋噴法施工，噴射形成的固結(jié)體的形式為360°旋轉(zhuǎn)噴射，單管旋噴法工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→機(jī)具就位→鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→旋噴開始→提升旋噴注漿→旋噴結(jié)束成樁。漿液的配合比、泵送壓力、水泥漿流量、噴嘴直徑、鉆機(jī)的提升速度及旋轉(zhuǎn)速度、注漿量等相關(guān)工藝性參數(shù)如表1所示。

表1 高壓旋噴樁工藝性參數(shù)

2 模型建立

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)建立計(jì)算模型見圖1，樁的彈性模量E為1.4 GPa，直徑D為60 mm，長L為9 m，按照梅花樁布置，樁間土壓縮模量為2.6 MPa。

依照參數(shù)建立模型并對(duì)其施加靜載，四周及底部采用固定鉸支座。用ANSYS分析高壓旋噴樁路基與普通路基的沉降量，對(duì)比分析，從而確定旋噴樁是否可以減小路基的沉降。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 變形分析

高壓旋噴樁處理路基的ANSYS計(jì)算結(jié)果見圖2，采用與高壓旋噴樁相同的荷載與邊界條件，采用靜力加載，ANSYS計(jì)算未加固路基沉降量云圖見圖3。

經(jīng)高壓旋噴樁處理的路基沉降量計(jì)算結(jié)果最大值為12.48 mm，未加固路基沉降量為80.62 mm，沉降量降低了84.5%。

通過ANSYS處理結(jié)果對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，高壓旋噴樁對(duì)于路基的沉降有一定抑制作用，而一般來說，當(dāng)物體在力的作用下所發(fā)生的變形發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)物體的強(qiáng)度也會(huì)有所改變，因此，繼續(xù)探究高壓旋噴樁對(duì)路基的強(qiáng)度是否有影響。

3.2 承載力分析

在同等條件下用ANSYS進(jìn)行受力分析，給出高壓旋噴樁處理路基與未加固路基的等效應(yīng)力場(chǎng)等值分布曲線，通過曲線所顯示的SMX(等效應(yīng)力結(jié)果中最大的解)比較兩種路基承載力的大小。

路基在進(jìn)行高壓旋噴樁加固處理后用ANSYS計(jì)算分析所得的等效應(yīng)力場(chǎng)等值分布圖如圖4所示，從圖4中可以看出，在靜力加載過程中，旋噴樁承受了大部分的荷載，從而使應(yīng)力分布出現(xiàn)中間低四周高的情形，等效應(yīng)力結(jié)果最大為0.713 MPa。

未加固路基等效應(yīng)力場(chǎng)等值分布圖如圖5所示。應(yīng)力分布與高壓旋噴樁相反，為中間高四周低，這與實(shí)際情況是相吻合的，因此也從側(cè)面反映該結(jié)果是可信的，等效應(yīng)力結(jié)果最大為0.092 MPa，路基承載力提高了6.75倍。從計(jì)算結(jié)果看，未加固路基的承載能力要低于高壓旋噴樁路基的承載能力，即高壓旋噴樁處理的路基在抑制沉降的同時(shí)也提高了路基的承載能力，使其能夠承受更大荷載。

4 結(jié)語

利用ANSYS建立高壓旋噴樁路基模型，計(jì)算分析高壓旋噴樁對(duì)路基下沉的影響。在同種荷載作用且相同的邊界條件下，對(duì)比未加固路基與高壓旋噴樁路基的沉降量可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高壓旋噴樁處理的路基沉降量明顯低于未加固路基。為了探究沉降量的變化會(huì)不會(huì)引起強(qiáng)度的變化，文中分別給出了高壓旋噴樁路基與普通路基的等效應(yīng)力場(chǎng)等值分布曲線，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，高壓旋噴樁路基能夠顯著提高路基承載力。

[1] 寧夏元.高壓旋噴樁在橋臺(tái)基礎(chǔ)中的應(yīng)用研究[D].長沙：湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007:1.

[2] 龍 剛,宣以瓊.高壓旋噴樁在橋梁樁基加固工程中的應(yīng)用[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,18(3):55-58.

[3] 吳桂昌,張忠林,高凌云,等.高壓旋噴樁施工工藝及技術(shù)措施[J].中國建設(shè)信息,2005(19):55-56.

[4] 陳傳銘.高壓旋噴樁在東莞某通訊機(jī)房加固中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑,2002(5):34-35.

[5] 陳永貴,張可能,寧文彬.湘江某排漬泵站高壓旋噴樁基礎(chǔ)加固施工技術(shù)[J].巖土工程界,2002,5(10):53-54.

[6] 劉恩軍.用高壓旋噴樁加固鐵路橋臺(tái)地基[J].鐵道建筑,2002(1):40-42.

[7] 白凡義,汪凌志.高壓旋噴注漿技術(shù)在通道橋地基加固中的應(yīng)用[J].天津建設(shè)科技,2002(z1):47-49.

[8] 孫志峰.CCP工法加固北—哈公路橋基[J].西部探礦工程,1992(4):68-71.

The ibhibitory study of roadbes sinking the high pressere jet grouting pile★

Qu Yu1Zhang Yuanyuan2Gao Guoqi2

(1.NingxiaOverseasChineseGardenGroupHighwayEngineeringCo.,Ltd,Guyuan756000,China;2.NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

The high pressure jet grouting pile in order to explore the peach with the silver highway section of soft soil roadbed settlement inhibition effect, jet grouting pile reinforcement subgrade model was established using ANSYS and unreinforced embankment model. Through the settlement of subgrade reinforced and unreinforced paragraphs quantity contrast analysis, the analysis results show that the jet grouting pile reinforcement subgrade can not only improve the deformation and its strength has been effectively improved.

jet grouting pile, ANSYS, settling volume, equivalent stress field

1009-6825(2017)15-0112-02

2017-03-16★：寧夏自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(NZ1618)

瞿 瑜(1960- )，男，高級(jí)工程師

U416.1

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