張 亮，張涵實，李海峰，劉宇辰

(1.天津市公路事業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300301；2.河北工業(yè)大學 土木與交通學院，天津 300401；3.天津高速公路集團有限公司，天津 300384)

0 引 言

軟土地基高填方路基工程對地基承載力和控制沉降具有很高的要求，采用樁網(wǎng)協(xié)同作用的PHC樁網(wǎng)復合地基，是一種有效提高地基承載能力、控制地基沉降并減小工后沉降的加固方法。對樁網(wǎng)復合地基沉降影響的因素有許多，如：樁長、樁徑、樁間距、樁帽、墊層厚度、墊層模量等。正交試驗是一種分析各種影響因素的常用方法，為了進一步分析PHC樁網(wǎng)復合地基沉降影響因素，為優(yōu)化PHC樁網(wǎng)復合地基設(shè)計提供參考，本文采用正交試驗探討了影響沉降的主要因素及其主次性，進而得出基于最小地基沉降效果的PHC樁網(wǎng)復合地基最優(yōu)設(shè)計參數(shù)優(yōu)化。

1 正交試驗方法

1.1 正交試驗方法概述

對于影響因素較少的實驗，采用全面實驗的方式分析計算規(guī)模并不大，具有一定的可行性。但實驗因素較多時，考慮到所需實驗次數(shù)過多，時間較長等條件限制，進行全面實驗不僅不現(xiàn)實而且可實施性較差。如果運用數(shù)學擺列方程的方法去優(yōu)化相關(guān)設(shè)計參數(shù)其計算過程又繁瑣且任務(wù)重。因此本文采用正交試驗方法對PHC樁網(wǎng)復合地基的沉降影響因素進行分析。

1.2 計算Mij與Rj

在正交實驗中首先明確三個名稱的含義，(1)目標：所需要考察的結(jié)果；(2)因素：對考察目標產(chǎn)生的影響；(3)水平：各因素不同的條件。設(shè)A，B……表示不同的因素，q表示各因素水平數(shù)；Aj表示A因素的第i個水平(i=1，2，3……q)；Aij表示j因素的第i個水平的值(j=A，B……，i=1，2……，q)，Yij表示j因素在 第i個水平下的試驗結(jié)果，Yij服從正態(tài)分布的隨機變量。Aij進行n次試驗得到n個結(jié)果定義為Yijk(k=1，2……，n)。

Mij作為正交試驗結(jié)果統(tǒng)計的關(guān)鍵參數(shù)之一，其表示因素j在i水平下n次試驗的平均值，如公式(1)所示。

(1)

極差Rj作為另一個重要參數(shù)，其主要作用是用來評判因素對優(yōu)化目標影響的主次性。當某因素的極差Rj值愈大則證明目標受該因素的影響愈大，反之亦然。極差Rj值的計算方法，如公式(2)所示。

Rj=max{M1j,M2j,M3j,…,Mqj}-min{M1j,M2j,M3j,…,Mqj}

(2)

2 PHC樁網(wǎng)復合地基正交試驗方案

2.1 正交試驗因素和水平

根據(jù)有限元的計算模擬結(jié)果及上述正交試驗原理，結(jié)合天津濱海新區(qū)津沽公路橋頭引道路堤的綜合地基處理工程建設(shè)，選擇對沉降影響較大的因素進行正交試驗，綜合對比后選取樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度、墊層模量5個影響因素，各選取四個水平繪制因素水平表，如表1所示。

2.2 正交試驗方案

本文選用5因素4水平正交試驗，選擇正交試驗表L16(45)，得到關(guān)于PHC樁網(wǎng)復合地基參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的正交試驗方案，如表2所示。

表2 PHC樁網(wǎng)復合地基參數(shù)優(yōu)化正交試驗方案

3 正交實驗結(jié)果與分析

依次分別對16種PHC樁網(wǎng)復合地基模型進行分析，主要采集加固區(qū)表面、加固區(qū)中心(距地基面中心7 m)兩個斷面中心點的沉降值，得出加固區(qū)表面、加固區(qū)中心面處沉降正交試驗極差分析結(jié)果，如表3、表4所示。

表3 加固區(qū)表面沉降正交實驗極差分析

從表3和表4的沉降試驗結(jié)果及正交試驗極差分析結(jié)果可知：(1)各因素對加固區(qū)表面中心的沉降影響的主次性為：樁長>墊層厚度>樁徑>樁間距>墊層模量，加固區(qū)表面位置設(shè)計參數(shù)最優(yōu)組合為A2B1C3D4E2，樁長14 m、樁徑為0.4 m、樁間距為2.8 m、墊層厚度取0.8 m、墊層模量為80 MPa。(2)各因素對加固區(qū)中心的沉降影響的主次性為：樁長>墊層厚度>樁徑>樁間距>墊層模量，加固區(qū)位置設(shè)計參數(shù)最優(yōu)組合為A1B3C3D4E2，樁長12 m、樁徑為0.6 m、樁間距為2.8 m、墊層厚度取0.8 m、墊層模量為80 MPa。

表4 加固區(qū)中心面沉降正交實驗極差分析

4 結(jié) 論

基于五因素四水平正交正交試驗，對PHC樁網(wǎng)復合地基不同的設(shè)計參數(shù)樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度、墊層模量對沉降的影響過來進行了系統(tǒng)的分析，試驗結(jié)果表明。

(1)各因素對加固區(qū)表面中心的沉降影響的主次性為：樁長>墊層厚度>樁徑>樁間距>墊層模量，加固區(qū)表面位置設(shè)計參數(shù)最優(yōu)組合為A2B1C3D4E2，樁長14 m、樁徑為0.4 m、樁間距為2.8 m、墊層厚度取0.8 m、墊層模量為80 MPa。

(2)各因素對加固區(qū)中心的沉降影響的主次性為：樁長>墊層厚度>樁徑>樁間距>墊層模量，加固區(qū)位置設(shè)計參數(shù)最優(yōu)組合為A1B3C3D4E2，樁長12 m、樁徑為0.6 m、樁間距為2.8 m、墊層厚度取0.8 m、墊層模量為80 MPa。

(3)本文的研究成果可對復合地基的優(yōu)化設(shè)計提供基礎(chǔ)參考。