蘇艷歡

（廣西工程技術研究院有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

軟土在我國分布廣泛，尤其在一些濱江臨海地區(qū)，公路修建不可避免地要穿過軟土地區(qū)，但是軟土地基具有工后沉降大，易發(fā)生不均勻沉降的特點，對軟土地基的變形控制一直是公路設計中的難點。

關于軟土地基的病害問題，鄧少梅[1]、張建偉等[2]對軟土地基的病害成因及常用工程措施進行研究，得出結論，在軟土地區(qū)修建交通設施容易出現(xiàn)滲水、不均勻沉降以及開裂等工程病害，王迎豐等[3]對軟土地基的加固進行研究，得出結論：在軟土地基加固中可以使用水泥攪拌樁法、碎石樁法、土工合成材料法和排水固結法等對其工后沉降進行控制，從節(jié)約成本的角度考慮，強夯法是一種不錯的加固方法。但是學者們對采用樁網復合地基結構以及對軟土地基的加固研究相對較少，樁網復合地基的沉降研究鮮有報道。

基于此，該文通過室內模型試驗對樁網復合地基的沉降規(guī)律進行研究，以明確振動次數，格柵層數、樁身剛度及振動幅度對軟土地基沉降的影響規(guī)律，研究結果可為樁網復合地基的加固設計提供技術指導。

1 試驗模型及加載方案

1.1 模型試驗

使用相似原理進行模型試驗研究，試驗所用模型箱長、寬、高為2 m×2 m×2 m，模型試驗用土全部來自于現(xiàn)場工點，模型用土從下往上依次為30 cm 厚的粉質黏土，75 cm 厚的淤泥質黏土，20 cm 厚的粉質黏土，試驗所用各類土的力學參數見表1。

表1 模型用土力學參數

模型試驗中的樁分為剛性樁和柔性樁。使用長1.00 m、外徑50 mm、內徑46 mm、彈性模量為80 GPa 的不銹鋼樁作為模型試驗中的剛性樁，使用長1.00 m、外徑50 mm、內徑46 mm、彈性模量為1 GPa 的PVC 管作為模型試驗的柔性樁，具體模型試驗示意圖如圖1 所示。

圖1 模型試驗示意圖

1.2 加載方案

首先，在路基上施加靜載，模擬列車自重對地基沉降的影響，然后施加不同頻率和不同幅值的循環(huán)荷載，以模擬列車動載對地基沉降的影響，施加完動荷載后，繼續(xù)持載一段時間后，加載下一工況[4-5]，模型試驗荷載施加如圖2 所示。

圖2 循環(huán)荷載施加示意圖

2 試驗結果與分析

不同深度處地基沉降的變化如圖3 所示，由圖可知，隨著振動次數增加，不同位置處地基土的沉降都在增加，且地基沉降隨振動次數的變化可以分為2 個階段，在前1萬次振動時，地基沉降變形較快，但振動次數超過1 萬次后，地基沉降變形速率顯著減少，存在1 個臨界振動次數，當振動次數小于該臨界值時，地基沉降變形隨振動次數增加快速增加，當振動次數超過該臨界值后，地基沉降變形隨振動次數增加逐漸減少，該臨界值并不是固定不變的數值，隨著地基土深度減少，該值逐漸增大，這主要是由于較深的地基土受到的動應力較小，地基土變形較小，但深度較淺的地基土受到的動荷載較大，土顆粒之間的相對位移并不能很快地穩(wěn)定下來，因此深度較淺的地基土需要經受更多次數振動后，地基沉降變形速率才能逐漸降低，此外，深度越大的地基土其沉降變形越小，主要是深處地基土的沉降變形也累計反映在淺層地基土的沉降上，因此地基土深度越淺，其沉降變形越大。

圖3 振動次數對沉降變形的影響

為了研究格柵層數對地基沉降變形的影響規(guī)律，對鋪設了一層格柵和兩層格柵工況下的地基沉降進行研究，不同格柵層數對地基沉降變形的影響如圖4 所示，由圖可知，隨著格柵由一層變?yōu)閮蓪?，在相同位置處，兩層格柵工況下的沉降變形更小。在路基頂面（d=0 m），一層格柵工況下的沉降變形為2.2 mm，兩層格柵工況下的沉降變形為1.5 mm，減少了0.7 mm，但是在地基土較深的情況下（d=0.8 m），一層格柵和兩層格柵工況下，地基土沉降變形差距僅為0.1 mm，由此可以說明，當格柵層數由一層增加至兩層可以有效減少淺層地基土沉降，但是對深層地基土的沉降沒有顯著影響。這種現(xiàn)象主要是由于隨著深度增加，動應力逐漸衰減，當深度較深時，動應力衰減很嚴重，格柵由一層變?yōu)閮蓪硬]有使土顆粒所受到的附加應力發(fā)生顯著變化，因此增加格柵層數并不會對深層地基土的沉降變形產生顯著的影響，隨著格柵層數由1 層變?yōu)? 層，格柵對路堤土的約束作用增強，格柵的套箍作用顯著，所以格柵由一層變?yōu)閮蓪訒r，其路堤表面的沉降顯著減少。

圖4 格柵層數對沉降變形的影響

為了研究樁體剛度對地基沉降變形的影響，對剛性樁和柔性樁2 種工況下的地基沉降進行測試，樁體剛度對沉降變形的影響如圖5 所示，由圖可知，在相同位置處，使用剛性樁工況的沉降變形顯著減少，如在路堤頂面處的沉降，使用剛性樁的沉降位移為2.0，但使用柔性樁的沉降位移增至4.4mm，沉降位移增加了2.4mm，同樣地，在較深處的地基土，使用剛性樁工況下的沉降變形為0.5mm，但是使用柔性樁工況下的位移增至2.2mm，沉降位移增加了1.7mm，由此說明，樁體的剛度顯著影響地基沉降，這主要是由于在受到動荷載作用后，較強的樁體剛度發(fā)生的變形較小，樁之間的土拱效應更強，樁間填土的附加應力增加較小，因此增大狀體剛度可以有效減少地基沉降，因此在實際設計過程中，可以使用標號較高的混凝土進行施工，以提高樁體剛度，減少地基沉降。

圖5 樁體剛度對沉降變形的影響

不同列車種類對路基施加的動荷載不同，為了研究動荷載幅值對地基沉降變形的影響，先進行振幅為3 kN 的加載試驗，待變形穩(wěn)定后再進行振幅為4 kN 的加載試驗，2 種振幅下地基沉降變形的變化規(guī)律如圖6 所示，由圖可知，在3 kN 振幅下加載10 萬次后地基沉降變形逐漸穩(wěn)定，隨后進行振幅為4 kN 的加載，地基沉降變形又增加，同樣地，在連續(xù)加載工況下，地基土在剛開始的振動中變形快速發(fā)展，隨著振次增加變形逐漸趨于穩(wěn)定，在連續(xù)加載中地基土的變形與初次加載的變形規(guī)律相同。以路堤表面地基沉降變形為例，在振幅為3 kN 的工況下其沉降由0.7 mm 增至1.5 mm，增加了0.8 mm，當振幅增加為4 kN 時，其沉降由1.5 mm 增至3.0 mm，變形增加了1.5 mm，由此說明振幅的大小顯著影響地基沉降變形的大小，對深度較深處的地基土，當振幅為3 kN 時沉降增加了0.2 mm，當振幅為4 kN 時，沉降也增加了0.2 mm，與路堤表面處的地基沉降相比，較深處的地基土沉降變形受振幅的影響較小。

圖6 振幅對沉降變形的影響

采用樁網復合地基對軟土地基進行加固后，在承受動荷載的過程中，樁的變形也至關重要，振動次數對樁身變形的影響如圖7 所示，由圖7 可知，在不同振動次數下，樁身應變都存在一個突變點，結合模型試驗可知，該突變點正好位于粉質黏土與淤泥質黏土的交界處，為地層土質發(fā)生變化的點，由于粉質黏土的填筑密度較高且土體的抗剪強度更大，因此在粉質黏土層樁身應變隨深度減少而基本不變，但在淤泥質黏土層，由于淤泥質黏土的密度較低且抗剪強度不大，土對樁變形的約束作用不顯著，因此在淤泥質黏土層，樁身應變隨著深度減少而快速增大。在同一位置處，隨著振動次數增加，樁身應變在逐漸增大，主要原因是地基土沉降對樁產生下拉力，隨著振動次數增加，地基土的沉降變形越大，對樁的下拉力就越大，因此樁身應變隨著振動次數增加逐漸增加。此外，在同一位置處，樁身應變的增加速率逐漸減慢，與地基土沉降速率隨著振動次數的變化趨勢有相同的發(fā)展趨勢。

圖7 振動次數對樁身變形的影響

格柵層數對樁身應變的影響如圖8 所示，由圖可知，隨著格柵由一層變?yōu)閮蓪?，樁身應變隨即變小，主要原因在于增加了一層格柵后，格柵對墊層橫向變形的約束增大，削弱了動應力向地基土中的傳遞，減少了地基土中的附加應力，減少了地基土沉降變形的同時減少了地基土對樁的下拉力，因此格柵由一層增加為兩層后樁身應變變小。

圖8 格柵層數對樁身變形的影響

3 結論

該文采用模型試驗對樁網復合地基的沉降變形進行研究，明確了振動次數，格柵層數、樁身剛度及振動幅度對軟土地基沉降的影響規(guī)律，主要得到以下3 個結論： 1）隨著振動次數增加，不同位置處地基土的沉降都在增加，且地基沉降隨振動次數的變化可以分為2 個階段，當前1 萬次振動時，地基沉降變形較快，但振動次數超過1 萬次后，地基沉降變形速率顯著變小。2）振動次數及振動幅值對軟土地基沉降有顯著影響，振動次數越多，振動幅值越高，地基沉降就越顯著。3）增加樁身剛度、增加格柵層數可以有效的減少地基沉降，因此采用樁網復合地基結構對軟土地基進行加固時，使用剛性樁并鋪設2 層格柵可以減少沉降。