■鐘偉珊

（廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510630）

近年來(lái)，我國(guó)高鐵建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，在建設(shè)過(guò)程中常常遇到軟土地基情況， 加劇了施工的難度，如何對(duì)軟土地基進(jìn)行加固，成為了工程師們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。 相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了一些研究，主要有：金海元、王顯利等[1-2]以某高速鐵路路基處理為研究對(duì)象，采用水泥砂漿樁進(jìn)行地基加固處理，并對(duì)施工完成后一年內(nèi)的路基沉降進(jìn)行了觀測(cè)分析，結(jié)果表明，路基沉降已基本穩(wěn)定，沉降完成比例在90%以上，滿足高鐵路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，也說(shuō)明了水泥砂漿樁在軟土路基加固中的有效性和可行性。 譚遠(yuǎn)發(fā)、羅志生等[3-4]以某鐵路項(xiàng)目為研究對(duì)象，研究分析了水泥砂漿樁在處理15 m 軟土中的效果， 研究表明，水泥砂漿樁加固軟土效果良好，具有推廣的價(jià)值。 郭鑠、王馳等[5-6]以某鐵路工程軟基處理為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了水泥砂漿樁處理軟基的加固機(jī)理、施工工藝、參數(shù)取值和加固效果，結(jié)果表明，采用水泥砂漿樁處理軟基是可行的，最后對(duì)相關(guān)施工工藝進(jìn)行了深入研究。 甘興旺[7]通過(guò)分析得出水泥砂漿樁作為一種新型軟基處理形式，具有加固效果好、施工方便等特點(diǎn)，并對(duì)該方法加固機(jī)理、施工工藝、設(shè)計(jì)參數(shù)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 本文以某鐵路工程采用水泥砂漿樁加固為研究對(duì)象，采用有限元軟件PLAXIS 建立數(shù)值分析模型， 分析了水泥砂漿樁加固路基效果，重點(diǎn)討論了參數(shù)變化對(duì)路基沉降變形的影響，研究結(jié)果可為類似工程設(shè)計(jì)和施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

某鐵路工程穿越軟土地區(qū)， 路面寬度為24.5 m，擬采用水泥砂漿樁進(jìn)行加固處理，地基加固主要以粉質(zhì)黏土為主， 持力層區(qū)主要以黏土為主，水泥砂漿樁加固路基如圖1 所示， 路堤土高度為4.5 m，其中砂石墊層厚度為0.5 m，粉質(zhì)黏土和黏土高度均為8 m。 路基的頂部寬度和高度分別為12.25 m 和4.5 m，坡率為1∶1.5，施工時(shí)采用分層鋪填碾壓的方法。 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為10 m，樁徑為0.5 m，樁間距為1.3 m。

圖1 水泥砂漿樁加固路基示意圖

2 數(shù)值建模

采用有限元軟件PLAXIS 建立的數(shù)值模型，如圖2 所示。 由于路基的對(duì)稱性，取右半幅進(jìn)行分析，路基的頂部寬度和高度分別為12.25 m 和4.5 m，坡率為1∶1.5，模型整體寬度為50 m，模型長(zhǎng)度取10 m，模型整體高度為20.5 m，砂石墊層厚度為0.6 m。水泥砂漿樁長(zhǎng)為10 m，其中加固區(qū)和持力層分別為8 m 和2 m，樁徑為0.5 m，樁間距為1.3 m。采用摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型模擬分析，除上邊界外，模型其他邊界均進(jìn)行位移約束。

圖2 數(shù)值模型圖

土層材料的物理力學(xué)參數(shù)見表1，路堤土和砂石墊層均為排水，加固區(qū)為不排水。 樁與土工格柵的材料參數(shù)見表2。

表1 土層材料的物理力學(xué)參數(shù)

表2 水泥砂漿樁與土工格柵的物理力學(xué)參數(shù)

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬對(duì)比分析

驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的可行性，數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖3 所示。 由圖3 可知，二者吻合良好，誤差在10%之內(nèi)，驗(yàn)證了本文模擬過(guò)程和方法的準(zhǔn)確性，可用于后續(xù)的拓展分析。

圖3 數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值對(duì)比曲線

4 數(shù)值結(jié)果分析

4.1 加固效果分析

對(duì)水泥砂漿樁加固路基效果進(jìn)行分析，加固處理前后路基沉降如圖4 所示。 由圖4 可知，加固前路基最大沉降值約為170 mm，加固后路基沉降值為90 mm 左右。 因此，采用水泥砂漿樁加固路基具有較好的效果。

圖4 加固處理前后路基沉降云圖

為了更加直觀的顯示水泥砂漿樁加固路基效果，加固前后路堤監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降表如表3 所示。由表3可知，采用水泥砂漿樁加固之后，路面的沉降減小40%以上，靠近路基兩側(cè)減小程度略小。

表3 加固前后路堤監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降

4.2 參數(shù)變化對(duì)路基沉降變形影響分析

為了探索參數(shù)變化對(duì)路堤沉降的影響，本節(jié)重點(diǎn)分析樁間距、樁長(zhǎng)、樁身剛度變化以及有無(wú)墊層和土工格柵對(duì)路基沉降變形的影響。

樁間距變化對(duì)路基沉降的影響。 以樁間距取1.0 m、1.3 m 和1.6 m 為例進(jìn)行分析，樁間距變化對(duì)路基沉降影響曲線如圖5 所示。 由圖5 可知，隨著樁間距的減小，路基沉降有減小的趨勢(shì)。 以路基正中心為例， 樁間距取1.6 m、1.3 m 和1.0 m 時(shí)路基沉降分別-88.16 mm、-84.89 mm、-81.83 mm， 相比于樁間距取1.6 m 時(shí)， 樁間距取1.3 m 和1.0 m 時(shí)路基值沉降減小了約3.7%和7.2%， 因此工程中可以通過(guò)減小樁間距的方法來(lái)降低路堤沉降，但同時(shí)也要考慮到，當(dāng)樁間距過(guò)小時(shí)，樁間土作用難以發(fā)揮，且工程成本會(huì)增加，工程中應(yīng)該合理的設(shè)計(jì)樁間距。

圖5 樁間距變化對(duì)路基沉降影響曲線

樁長(zhǎng)變化對(duì)路基沉降的影響。 以樁長(zhǎng)取8 m、10 m 和12 m 為例進(jìn)行分析，樁長(zhǎng)變化對(duì)路基沉降影響曲線如圖6 所示。 由圖6 可知，隨著樁長(zhǎng)的增大，路基沉降逐漸減小。 以路基正中心為例，樁長(zhǎng)取8 m、10 m 和12 m 時(shí)路基沉降分別-99.39 mm、-86.82 mm 和-76.19 mm，相比于樁長(zhǎng)取8 m 時(shí)，樁長(zhǎng)取10 m 和12 m 時(shí)路基值沉降減小了約12.6%和23.3%，這是因?yàn)殡S著樁長(zhǎng)的增加，樁側(cè)摩阻力增大，路基承載力增大，故工程中可以通過(guò)增大樁長(zhǎng)的方法來(lái)減小路堤沉降。

圖6 樁長(zhǎng)變化對(duì)路基沉降影響曲線

樁身剛度變化對(duì)路基沉降的影響。 以樁身剛度取1×108N/m、2×108N/m 和3×108N/m 為例進(jìn)行分析， 樁身剛度變化對(duì)路基沉降影響曲線如圖7 所示。 由圖7 可知，隨著樁身剛度的增大，路基沉降略有減小。 以路基正中心為例， 樁身剛度取1×108N/m、2×108N/m 和3×108N/m 時(shí)路基沉降分別-90.14 mm、-87.35 mm 和-86.08 mm， 相比于樁身剛度取1×108N/m 時(shí)，樁身剛度取2×108N/m 和3×108N/m 時(shí)路基值沉降減小了約3.1%和4.5%，由此可知，樁身剛度增加對(duì)減小路基沉降作用有限，工程中不優(yōu)先考慮通過(guò)增大樁身剛度的方法來(lái)降低路基沉降。

圖7 樁身剛度變化對(duì)路基沉降影響曲線

墊層對(duì)路基沉降的影響。 對(duì)有墊層和無(wú)墊層兩種工況進(jìn)行對(duì)比分析，有無(wú)墊層時(shí)路基沉降影響曲線如圖8 所示。 以路基正中心為例，無(wú)墊層時(shí)路基沉降為-90.58 mm，有墊層時(shí)路基沉降為-83.69 mm，有墊層時(shí)路基值沉降相比無(wú)墊層時(shí)減小了約7.6%，由此可知， 通過(guò)設(shè)置墊層可以有效地降低路基沉降，其主要是通過(guò)將路基荷載均勻的分散給路基來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖8 有無(wú)墊層變化對(duì)路基沉降影響曲線

土工格柵對(duì)路基沉降的影響。 對(duì)有土工格柵和無(wú)土工格柵兩種工況進(jìn)行對(duì)比分析，有無(wú)土工格柵時(shí)路基沉降影響曲線如圖9 所示。 以路基正中心為例，無(wú)土工格柵時(shí)路基沉降為-85.87 mm，有土工格柵時(shí)路基沉降為-84.02 mm，有土工格柵時(shí)路基值沉降相比無(wú)土工格柵時(shí)減小了約2.2%，由此可知，通過(guò)設(shè)置土工格柵對(duì)降低路基沉降基本無(wú)效果，現(xiàn)有的研究表明，土工格柵對(duì)路基抗裂性有較好的效果。

圖9 有無(wú)土工格柵變化對(duì)路基沉降影響曲線

5 結(jié)論

本文以某鐵路工程采用水泥砂漿樁加固為研究對(duì)象， 采用有限元軟件PLAXIS 建立數(shù)值分析模型，分析了水泥砂漿樁加固路基效果，重點(diǎn)討論了參數(shù)變化對(duì)路基沉降變形的影響，得出以下結(jié)論：

（1）數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值對(duì)比曲線吻合良好，誤差在10%之內(nèi)，驗(yàn)證了本文模擬過(guò)程和方法的準(zhǔn)確性。 采用水泥砂漿樁加固路基具有較好的效果，加固后路面的沉降減小40%以上。

（2）通過(guò)減小樁間距可以降低路堤沉降，但當(dāng)樁間距過(guò)小時(shí)，樁間土作用難以發(fā)揮，且工程成本會(huì)增加，工程中應(yīng)該合理的設(shè)計(jì)樁間距。 隨著樁長(zhǎng)的增加，樁側(cè)摩阻力增大，路基承載力增大，工程中可以通過(guò)增大樁長(zhǎng)的方法來(lái)減小路堤沉降。 樁身剛度增加對(duì)減小路基沉降作用有限，工程中不優(yōu)先考慮通過(guò)增大樁身剛度的方法來(lái)降低路基沉降。

（3）通過(guò)設(shè)置土工格柵對(duì)降低路基沉降基本無(wú)效果；通過(guò)設(shè)置墊層可以有效地降低路基沉降，其主要是通過(guò)將路基荷載均勻的分散給路基來(lái)實(shí)現(xiàn)的。