陳 鋼

(湖南交通國際經(jīng)濟工程合作有限公司 長沙市 410000)

由于軟土具有變形較大、滲透性低、壓縮性高、抗剪強度低等特性，因此在高速公路修建過程中如遇到軟土地區(qū)時需對路段軟土進行加固處理，以解決地基沉降、變形、承載力不足等問題。粉噴樁適用于處治各類軟土地基，可有效改善軟土性質(zhì)，故在高速公路軟土路基加固工程中得到廣泛應(yīng)用。

以某高速公路匝道軟基工程為背景，運用PLAXIS有限元軟件建立粉噴樁復(fù)合地基，針對不同樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度條件下粉噴樁復(fù)合地基的沉降及水平位移進行數(shù)值模擬分析，以期為同類軟土地基加固工程提供有效參考及借鑒。

1 工程背景

依托某高速公路匝道工程為研究背景，該路段場區(qū)存在較厚的軟土分布，經(jīng)地質(zhì)勘察資料顯示軟土地層主要包括淤泥質(zhì)亞粘土、軟粘土、碎石土和灰?guī)r。由于場區(qū)軟土具有含水量高、空隙大、滲透性低、壓縮性高和抗剪強度低等特征，導(dǎo)致路基承載力無法滿足要求，因此需對匝道工程的軟土路基進行加固處理?？紤]到場區(qū)軟土含水豐富且分布不均勻，選用粉噴樁復(fù)合地基對場區(qū)軟基進行處治。

2 建立模型

結(jié)合上述軟土路基工程，針對不同樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度情形下粉噴樁復(fù)合地基的位移進行數(shù)值分析并總結(jié)出位移變化規(guī)律。根據(jù)匝道工程實際施工現(xiàn)場，運用PLAXIS軟件建立復(fù)合地基有限元模型如圖1所示，根據(jù)路基對稱分布，模型采取尺寸為40m×20m×20m的半幅路堤，其中路堤頂面寬15m，坡高4m，坡率1∶1.5，坡底寬21m，級配碎石墊層厚0.4m，粉噴樁復(fù)合地基中軟土層和持力層深度均為8m。模型假設(shè)左右邊界水平約束，底部則完全約束，不考慮地下水的影響，粉噴樁、路堤層均采用彈性模型，軟土地基則采用Mohr-Coulomb彈塑性模型，各土體材料參數(shù)見表1。軟土路基有限元模型共分為1878個單元、1351個節(jié)點，具體網(wǎng)格劃分見圖2。

圖1 粉噴樁復(fù)合地基計算模型示意

3 粉噴樁復(fù)合地基處治軟土路基的影響因素分析

3.1 樁長

模型中粉噴樁樁徑取0.5m，樁間距取1.6m，墊層厚度取0.6m，通過對8m、9m、10m樁長的粉噴樁復(fù)合地基進行有限元計算分析，得到不同樁長復(fù)合地基的沉降及水平位移分布如圖3、圖4所示。

表1 土體材料參數(shù)

圖2 計算模型網(wǎng)格示意

圖3 不同樁長復(fù)合地基的沉降量分布規(guī)律

圖4 不同樁長復(fù)合地基的水平位移分布規(guī)律

由圖3可知，在距路基中心線距離越近時，不同樁長粉噴樁復(fù)合地基的沉降量越大，而距路基中心線距離越遠時，粉噴樁復(fù)合地基的沉降量則越?。浑S著粉噴樁樁長的增大，粉噴樁復(fù)合地基的沉降量整體呈現(xiàn)出不同程度的減小，其中樁長為8～9m時，復(fù)合地基沉降減幅較為明顯，當樁長為9m時，復(fù)合地基沉降量達到最小，當繼續(xù)增加樁長至10m時，復(fù)合地基沉降量出現(xiàn)小幅增大。由圖4可知，在距路基中心線距離越近時，不同樁長粉噴樁復(fù)合地基的水平位移越小，而距路基中心線距離越遠時，復(fù)合地基的水平位移則越大；隨著粉噴樁樁長的增大，復(fù)合地基的水平位移同樣呈現(xiàn)出不同程度的減小，其中樁長為9m時，復(fù)合地基水平位移最小，當繼續(xù)增加樁長至10m時，復(fù)合地基水平位移呈現(xiàn)小幅增大。綜合可知，粉噴樁復(fù)合地基存在臨界樁長，適宜樁長才能有效控制復(fù)合地基沉降及水平位移。

3.2 樁徑

模型中粉噴樁樁長取9m，樁間距取1.6m，墊層厚度取0.6m，通過對0.3m、0.5m、0.8m樁徑的粉噴樁復(fù)合地基進行有限元計算分析，得到不同樁徑復(fù)合地基的沉降及水平位移分布如圖5、圖6所示。

圖5 不同樁徑復(fù)合地基的沉降量分布規(guī)律

圖6 不同樁徑復(fù)合地基的水平位移分布規(guī)律

由圖5可知，當距路基中心線距離越近時，不同樁徑粉噴樁復(fù)合地基的沉降量越大，而距路基中心線越遠時，復(fù)合地基沉降量則越?。浑S著粉噴樁樁徑的增大，復(fù)合地基沉降逐漸減小，其中樁徑由0.3m增至0.5m時，復(fù)合地基的沉降量減幅較大，當樁徑繼續(xù)增至0.8m時，復(fù)合地基沉降減幅出現(xiàn)減小。從圖6中可以看出，隨著距路基中心線距離的增大，不同樁徑粉噴樁復(fù)合地基的水平位移呈增大的變化趨勢；隨著粉噴樁樁徑的增大，復(fù)合地基的水平位移逐漸減小，其中樁徑由0.3m增至0.5m時，復(fù)合地基的水平位移減幅較為明顯，當繼續(xù)增至0.8m時，復(fù)合地基的水平位移減幅較小。綜合可知，樁徑過大對粉噴樁復(fù)合地基的沉降及水平位移控制效果不明顯，從經(jīng)濟效益方面考慮屬于浪費。

3.3 樁間距

模型中粉噴樁樁長取9m，樁徑取0.5m，墊層厚度取0.6m，通過對1.2m、1.6m、2.0m樁間距的粉噴樁復(fù)合地基進行有限元計算分析，得到不同樁間距復(fù)合地基的沉降及水平位移分布如圖7、圖8所示。

圖7 不同樁間距復(fù)合地基的沉降量分布規(guī)律

圖8 不同樁間距復(fù)合地基的水平位移分布規(guī)律

由圖7可知，當距路基中心線的距離越近時，不同樁間距復(fù)合地基的沉降量越大，而距路基中心線的距離越遠時，復(fù)合地基的沉降量則越??；隨著粉噴樁樁間距的增大，復(fù)合地基的沉降量減幅不明顯。由圖8可知，隨著距路基中心線距離的增大，不同樁間距復(fù)合地基的水平位移呈增大的變化趨勢；隨著粉噴樁樁間距的增大，復(fù)合地基水平位移呈現(xiàn)不同程度的增大，其中樁間距由1.2m增至1.6m時，復(fù)合地基水平位移增幅較大，當繼續(xù)增加樁間距至2.0m時，復(fù)合地基水平位移減小。綜合可知，通過將粉噴樁中樁間距減小，使得樁數(shù)量增多，對復(fù)合地基沉降和水平位移控制效果不明顯。

3.4 墊層厚度

模型中粉噴樁樁長取9m，樁徑取0.5m，樁間距取1.6m，通過對0.4m、0.6m、0.8m墊層厚度的粉噴樁復(fù)合地基進行有限元計算分析，得到不同墊層厚度復(fù)合地基的沉降及水平位移分布如圖9、圖10所示。

圖9 不同墊層厚度復(fù)合地基的沉降量分布規(guī)律

圖10 不同墊層厚度復(fù)合地基的水平位移分布規(guī)律

從圖9中可以看出，在距路基中心線的距離越近時，不同墊層厚度復(fù)合地基的沉降量越大，而距路基中心線的距離越遠時，復(fù)合地基的沉降量則越小；隨著墊層厚度的增大，復(fù)合地基的沉降量減幅不明顯。由圖10可知，當距路基中心線的距離越近時，不同墊層厚度復(fù)合地基的水平位移越小，而距路基中心線的距離越遠時，復(fù)合地基的水平位移則越大；當墊層厚度由0.4m增至0.6m時，復(fù)合地基水平位移出現(xiàn)較小幅度的減小，繼續(xù)增加墊層厚度至0.8m時，復(fù)合地基水平位移則呈現(xiàn)小幅增大。綜合可知，增大墊層厚度對粉噴樁復(fù)合地基沉降和水平位移的控制效果較小，且從施工成本方面考慮不劃算。

4 結(jié)論

以某高速公路匝道軟基工程為背景，運用PLAXIS有限元軟件建立粉噴樁復(fù)合地基，針對不同樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度條件下粉噴樁復(fù)合地基的沉降及水平位移進行數(shù)值模擬分析，得出以下結(jié)論：

(1)粉噴樁樁長由8m增至9m時，復(fù)合地基的沉降及水平位移均有明顯減小，而繼續(xù)增加樁長至10m時則出現(xiàn)小幅增大，故適宜的樁長才能有效控制復(fù)合地基沉降及水平位移。

(2)隨著粉噴樁樁徑的增大，復(fù)合地基沉降和水平位移均逐漸減小，樁徑過大對復(fù)合地基沉降及水平位移控制效果不明顯。

(3)隨著粉噴樁樁間距或墊層厚度的增大，粉噴樁復(fù)合地基的沉降量變化均不明顯；樁間距過小或墊層厚度過大均不能有效控制粉噴樁復(fù)合地基沉降和水平位移，且會導(dǎo)致施工難度及工程造價增大。