畢芬芬

摘 要：為了研究CFG樁參數(shù)對高速公路路基最終沉降值的影響規(guī)律，本文以滬武高速公路為研究對象，借助FLAC 3D有限元計(jì)算軟件，建立不同對比條件下實(shí)例工程路基沉降的三維模型。經(jīng)過計(jì)算分析，沉降值與樁長成反比、與樁間距成正比。同時(shí)綜合各方案沉降值計(jì)算結(jié)果和造價(jià)，推薦樁長取7.0 m、樁間距取2.0 m。在該方案下，實(shí)例工程最大沉降值為2.55 cm，滿足要求。

關(guān)鍵詞：CFG樁;路基沉降;樁體參數(shù)

中圖分類號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 工程概況

滬武高速公路太倉至常州段于2000年開工建設(shè)，2004年全線建成通車，現(xiàn)狀蘇滬界向西至董浜樞紐段為雙向六車道高速公路，路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬35.0 m;董浜樞紐至常州南互通段為雙向四車道高速公路，路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬28.0 m;全線設(shè)計(jì)速度120 km/h，項(xiàng)目路線全長約135 km。

2 CFG樁受力特性和變形特性分析

設(shè)樁與土收到的上部荷載為。在深度以上區(qū)域，樁體位移小于土體，此區(qū)間內(nèi)上部荷載主要由土體承擔(dān)，因此，土體對樁的摩擦力方向豎直向下。在深度以下區(qū)域，樁體位移小于土體，此區(qū)間內(nèi)上部荷載主要由樁體承擔(dān)，因此，土體對樁的摩擦力方向豎直向上。沿樁深方向，土體給樁的摩擦力在附近達(dá)到最大值。

根據(jù)文獻(xiàn)可知，CFG樁加固后地基承載力可按下式進(jìn)行計(jì)算：

（1）

式中，為CFG樁加固后的地基承載力;為CFG樁所占的面積占加固區(qū)域面積的比例;為CFG樁的單樁截面面積;為CFG樁的單樁承載力;為樁前土體承載力折減系數(shù)，按照文獻(xiàn)[2]取0.70～0.90;為樁前土體的承載力。

假設(shè)CFG樁在荷載的作用下，樁頂與樁身產(chǎn)生的沉降分別為和，且令樁前土體產(chǎn)生的沉降為。由于以深度為界，以上區(qū)域樁體沉降小于樁前土體沉降，因此樁體部分進(jìn)入褥墊層中產(chǎn)生變形，記為：

（2）

同理，以下區(qū)域樁體沉降大于樁前土體沉降，因此樁體部分的變形記為：

（3）

因此，樁體上部和下部區(qū)域變形量的總和記為土體的壓縮總量，記為：

（4）

3 實(shí)例工程三維數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)實(shí)例工程設(shè)計(jì)資料及地勘資料，本工程區(qū)域總共有5個(gè)土層，自上而下分別是強(qiáng)風(fēng)化巖、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、軟粉質(zhì)黏土、細(xì)砂層、軟塑粘土，采用CFG樁進(jìn)行加固處理。CFG樁長為7.0 m，直徑為0.6 m，樁間距為2.0 m。本文借助FLAC三維有限元計(jì)算軟件進(jìn)行模型計(jì)算，實(shí)例工程三維有限元計(jì)算模型網(wǎng)格劃分見圖1（a），在設(shè)計(jì)方案下的沉降分布見圖1（b）。

（a）網(wǎng)格劃分 （b）設(shè)計(jì)方案下沉降計(jì)算結(jié)果

4 數(shù)模計(jì)算結(jié)果分析

4.1 樁體長度對沉降影響分析

（a）樁長5.0 m （b）樁長6.0 m

（c）樁長8.0 m （d）樁長9.0 m

設(shè)計(jì)方案樁長為7.0 m，選擇樁體長度為5.0 m、6.0 m、8.0 m、9.0 m四組方案作為對比方案。其他條件不變情況下，各樁長下實(shí)例工程最終沉降云圖計(jì)算結(jié)果見圖2。

分析圖2可知：

（1）在各工況下，水平方向上，路基沉降的最大值均發(fā)生在路基中心區(qū)域，且以路基中心為主要沉降區(qū)域，向兩側(cè)邊坡逐漸遞減;豎直方向上，主要沉降區(qū)域均在地表層區(qū)域，且逐漸向下遞減，在土體深度9.2 m區(qū)域及以下部分，基本沒有土體沉降位移發(fā)生。

（2）樁體長度為5.0 m、6.0 m、7.0 m、8.0 m、9.0 m方案下，實(shí)例工程路基的最終沉降值分別為3.20 m、2.75 m、2.55 m、2.48 m、2.40 m。可見在其他條件一定的情況下，樁長越長，實(shí)例工程路基的最終沉降值越小。

（3）綜合各樁長下實(shí)例工程路基的最終沉降計(jì)算值以，同時(shí)考慮到本項(xiàng)目對地基沉降的設(shè)計(jì)目標(biāo)值以及各方案的工程造價(jià)情況，同時(shí)本工程土體能感受到沉降的最大深度為9.2 m，樁長取7.0 m以上后對實(shí)例工程土體沉降影響較小，因此建議采用樁長為7.0 m的方案。

4.2 樁體間距對沉降影響分析

計(jì)算結(jié)果如下：

（1）樁間距為1.5 m、1.8 m、2.0 m、2.2 m、2.5 m方案下，實(shí)例工程路基的最終沉降值分別為3.35 m、2.82 m、2.55 m、2.39 m、2.35 m?？梢娫谄渌麠l件一定的情況下，樁間距越小，實(shí)例工程路基的最終沉降值越小。

（2）分析可知，在樁間距為2.0 m時(shí)，縮小樁間距對實(shí)例工程路基的最終沉降值影響較小。同時(shí)考慮到各方案的工程造價(jià)，因此選擇2.0 m樁間距為建議值。

5 結(jié)論

本文以滬武高速公路為研究對象，通過建立不同條件下高速公路路基沉降計(jì)算模型，分析了樁長和樁間距對實(shí)例工程路基沉降的影響。根據(jù)各對比方案的計(jì)算結(jié)果，推薦采用7.0 m樁長、2.0 m樁間距。這也與設(shè)計(jì)方案結(jié)果相吻合。因此，實(shí)例工程設(shè)計(jì)方案合理可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國交通部.公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]周煥云，黃曉明.高速公路軟土地基沉降預(yù)測方法綜述[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2002（04）：7-10.