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        灰土擠密樁加固軟土地區(qū)公路路基參數(shù)影響分析

        2022-08-05 06:49:56
        山東交通科技 2022年3期

        張 莉

        (山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030000)

        引言

        灰土擠密樁作為一種常見的加固路基的方式,近年來,國內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一些研究,于貴等[1-2]分析了灰土擠密樁加固鐵路路基的理論不足,通過數(shù)值分析和室內(nèi)試驗(yàn)等手段分析了樁徑、樁距、樁長以及樁軸傾角對(duì)灰土擠密樁加固效果的影響。王嵩等[3-4]以灰土擠密樁為研究對(duì)象,對(duì)灰土擠密樁的施工工藝進(jìn)行了細(xì)致分析與研究。劉衛(wèi)杰等[5-6]以灰土擠密樁加固濕陷性土為研究對(duì)象,通過分析其成孔工藝、樁位、樁型材料等,對(duì)如何進(jìn)行施工質(zhì)量控制提出了意見。

        1 工程概況

        某軟土地區(qū)公路路基,原始地表從上至下依次為素填土、粉質(zhì)黏土①~粉質(zhì)黏土⑤,厚度依次為6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m。原始地表以上從上至下依次為瀝青、水穩(wěn)、回填土和墊層。該處公路路基擬采用灰土擠密樁復(fù)合地基進(jìn)行處理。路基上表面寬度設(shè)計(jì)值為14.0 m,高度為2.5 m,坡率按照1 ∶1.5 設(shè)計(jì),施工時(shí)采用分層鋪填碾壓的方法?;彝翑D密樁長為7 m,樁徑為40 cm,樁間距為1.6 m,為了分析探究灰土擠密樁復(fù)合地基的處理效果,分析相關(guān)參數(shù)指標(biāo)對(duì)建成后營運(yùn)期公路沉降的影響。灰土擠密樁加固見圖1。

        圖1 灰土擠密樁加固結(jié)構(gòu)/m

        2 數(shù)值建模

        采用有限元軟件PLAXIS 軟件建立的數(shù)值模型,見圖2。路基的頂部寬度取值為14.0 m,高度為2.5 m,坡率為1 ∶1.5。路堤坡底寬度為10.75 m,模型整體寬度為40 m,模型長度(垂直路基截面方向)取10 m,土基高度為4 m,原始地表從上至下依次為素填土、粉質(zhì)黏土①~粉質(zhì)黏土⑤,厚度依次為6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m?;彝翑D密樁長為7 m,樁徑為40 cm,樁間距為1.6 m,建模均采用實(shí)體單位模擬。模型除上邊界外,其他邊界均進(jìn)行位移約束,模型均采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型。土體的力學(xué)參數(shù)見表1,瀝青、水穩(wěn)、回填土、墊層和灰土擠密樁的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

        圖2 數(shù)值模型

        表1 土體的物理力學(xué)參數(shù)

        表2 其他材料的物理力學(xué)參數(shù)

        3 灰土擠密樁加固軟土路基參數(shù)影響分析

        3.1 樁長

        樁長變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見圖3。

        圖3 路面沉降隨樁長變化曲線

        由圖3 可知,路面中心沉降最大,往兩側(cè)依次減小。樁長取11 m、13 m 和15 m 時(shí),路面中心沉降值分別為4.48 mm、4.31 mm 和4.14 mm,相比于樁長取11 m 時(shí),樁長取13 m 和15 m 時(shí)沉降分別減小了3.8%和7.6%。隨著樁長的增加,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出線性減小的趨勢。

        3.2 樁間距

        樁間距變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見圖4。

        圖4 路面沉降隨樁間距變化曲線

        由圖4 可知,路面中心沉降最大,往兩側(cè)依次減小。樁間距取2.4 m、1.6 m 和0.8 m 時(shí),路面中心沉降值分別為5.81 mm、4.87 mm 和4.46 mm,相比于樁間距取2.4 m 時(shí),樁長取1.6 m 和0.8 m 時(shí)沉降分別減小了16.2%和23.2%。隨著樁間距的減小,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢,但沉降減小趨勢變緩,當(dāng)樁間距較小時(shí)“樁土效應(yīng)”逐漸顯現(xiàn)。

        3.3 樁體彈性模量

        樁體彈性模量變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見圖5。

        圖5 路面沉降隨樁體彈性模量變化曲線

        由圖5 可知,路面中心沉降最大,往兩側(cè)依次減小。樁體模量取40 MPa、120 MPa、200 MPa和280 MPa 時(shí),路面中心沉降值分別為5.51 mm、4.47 mm、4.12 mm 和3.92 mm,相比于樁體模量取40 MPa 時(shí),樁體模量取120 MPa、200 MPa 和280 MPa時(shí)沉降分別減小了18.9%、25.2%和28.9%。隨著樁體模量的增加,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢,但沉降減小趨勢變緩,說明合理的增大樁體模量可以有效減小路面沉降,但考慮到經(jīng)濟(jì)效益,樁體模量不宜過大。

        3.4 車輛軸載

        車輛荷載變化對(duì)瀝青面層表面瞬時(shí)沉降影響曲線見圖6,基于規(guī)范BZZ-10 標(biāo)準(zhǔn)軸載[7],以雙輪組單軸載100 kN 作為標(biāo)準(zhǔn)軸載,得到標(biāo)準(zhǔn)軸載(0.7 MPa)、1.5 倍標(biāo)準(zhǔn)軸載(1.1 MPa)和2 倍標(biāo)準(zhǔn)軸載(1.4 MPa)時(shí)的路面沉降曲線,見圖 6。

        圖6 路面沉降隨荷載變化曲線

        由圖6 可知,路面中心沉降最大,往兩側(cè)依次減小。車輛軸載取1.4 MPa、1.1 MPa 和0.7 MPa時(shí),路面中心沉降值分別為4.76 mm、4.61 mm 和4.49 mm,相比于車輛軸載取1.4 MPa 時(shí),車輛軸載取1.1 MPa 和0.7 MPa 時(shí)沉降分別減小了3.2%和5.7%。隨著車輛軸載的減小,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢。

        4 結(jié)語

        (1)隨著樁長的增加,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出線性減小的趨勢;隨著車輛軸載的減小,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢。(2)隨著樁間距的減小,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢,但沉降減小趨勢變緩,當(dāng)樁間距較小時(shí)“樁土效應(yīng)”逐漸顯現(xiàn)。(3)隨著樁體模量的增加,瀝青面層表面瞬時(shí)沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢,但沉降減小趨勢變緩,說明合理地增大樁體模量可以有效減小路面沉降,但考慮到經(jīng)濟(jì)效益,樁體模量不宜過大。

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