樁承式加筋路堤沉降變形特性研究

郭香紅

（山西路橋第一工程有限責任公司，山西 太原 030006）

0 引言

樁承式加筋墊層法是在豎向采用樁體、水平向采用加筋復合墊層來聯合對地基進行處理從而承受上部路堤傳來的荷載的方法。20世紀80年代起樁承式加筋墊層法就在國外研究和應用[1-3]。樁承式加筋墊層法處理軟土地基時，承載力高、沉降小、造價低，適合于公路、鐵路、堤壩等柔性荷載下的地基處理，是一種在交通工程和水利工程中非常有應用前景的地基處理方法。在墊層中鋪設1～2層加筋材料，可以獲得較好的技術效果和較好的經濟效益。

但是，目前樁承式加筋墊層法在工程中的應用尚處于不成熟階段，設計上主要依靠經驗[4]，存在過大的安全儲備或過大的工后沉降等工程質量隱患。

本文通過有限差分軟件FLAC3D對樁端、上部墊層和格柵部位進行局部分析，來研究樁承式加筋路堤沉降變形特性，并對加筋墊層中影響路堤沉降的因素進行了參數分析，就墊層厚度、墊層抗剪強度、墊層彈性模量、格柵抗拉剛度對樁承式變剛度復合加筋墊層路堤沉降規律的影響、樁承式加筋路堤沉降變形進行了研究。

1 數值模擬

為了能夠反映現場實際情況，數值計算模型尺寸與現場實際幾何條件保持一致。由于模型的對稱性，分析中選擇了路堤的半個橫斷面。軟土厚度為12 m，壓縮模量為4.0 MPa，半幅寬度為16.5 m，路堤高度為4.5 m，壓縮模量為25 MPa，其中墊層0.5 m，路堤邊坡的坡率為1∶1.5路堤地基土范圍為路堤坡腳向外延伸30 m。模型中共6根樁，樁距3 m，樁徑1 m，樁體打入堅硬的基巖。從路堤左側到路堤中心分別為樁編號1～6。模型示意圖如圖1所示。

圖1 模型示意圖

圖中：B為路面寬度；n為路堤邊坡坡率；d為樁徑；bn為樁凈間距；h2為軟土地基高度；h3為基巖厚度；s為樁埋入基巖的長度(嵌巖深度)；a為格柵間距；p為車輛荷載。

1.1 樁端沉降計算

靠近路堤中心的4號樁沉降較能反應出路堤整體的變形，單獨對其進行分析，如圖2所示。分析了樁4隨著計算步數的增加，樁端沉降的變化。從圖2可以看出，隨著步數增加，沉降累加，最后都在-2.00e-03左右穩定下來。

圖2 4號樁樁端沉降圖

1.2 墊層沉降計算

同時，分析了樁4、樁5、樁6上部墊層的變形，如圖3～圖5所示。

圖3 樁4墊層沉降圖

圖4 樁5墊層沉降圖

圖5 樁6墊層沉降圖

分別計算了樁4、樁5和樁6隨著計算步數的增加墊層沉降的變化。從中可以看出，隨著步數增加，沉降累加，最后都穩定在-0.002左右。距路堤中心越遠，樁端沉降越小，而樁5的樁端沉降最大。因為在建模過程中，固定了樁6右邊的土層，所以當均布荷載施加時，擠壓作用會對樁6的沉降產生一定的抵消。

2 參數分析

為了研究墊層厚度、墊層材料、格柵抗拉剛度對樁承式變剛度復合加筋墊層路堤沉降的影響，建立FLAC3D路堤模型，模擬不同工況條件下的路堤沉降變形。

2.1 墊層厚度對路堤沉降的影響

為了考慮墊層厚度對沉降的影響，墊層厚度分別取0.5 m、0.4 m、0.6 m進行計算。

如圖6所示，考慮墊層厚度對樁端沉降曲線的影響，可以看出墊層厚度對于樁端沉降有減小的作用。在一定范圍內，墊層厚度越小，路堤的沉降越小，墊層厚度宜取0.5 m。而距離路堤中心越遠，墊層厚度對樁端沉降的影響越大。

圖6 墊層厚度對墊層沉降的影響圖

2.2 墊層彈性模量對路堤沉降的影響

為了考慮墊層彈性模量對沉降的影響時，墊層彈性模量分別取 10 MPa、15 MPa、20 MPa、26 MPa、30 MPa進行計算。

彈性模量對樁頂沉降的影響如圖7所示，當土的彈性模量越大，且其增加趨勢均減小，即當土模量到達一定范圍時，其變化不大。當彈性模量與路堤填土相同時，沉降最大。

圖7 彈性模量對樁頂沉降的影響

2.3 格柵抗拉剛度對路堤沉降的影響

在不同格柵抗拉剛度下，路堤樁頂面處樁間土豎向位移的變化如圖8所示，因計算發現格柵抗拉剛度變化對此影響比較小，故僅給出格柵抗拉剛度為2×109Pa時與模量為2×105Pa時的計算結果，可知格柵抗拉剛度對于樁間土豎向位移的影響較小。

圖8 抗拉剛度對樁頂沉降的影響

3 結語

本文結合樁承式加筋墊層法的已有理論研究結果，通過有限差分軟件FLAC3D對樁承式加筋路堤沉降變形進行了研究，并分析了墊層和格柵對路堤沉降的影響。得到以下結論：

a）樁土間的差異沉降比較大。隨著距路堤中心越遠，樁土間的差異沉降也越大。

b）墊層厚度對于墊層沉降有減小的作用。墊層的彈性模量越小，沉降越大。

c）格柵模量變化對樁承式加筋路堤影響比較小，格柵強度對樁間土豎向位移的影響較小。