TC樁加固道路軟基的沉降數(shù)值模擬

王嘉 王斯海

摘 要：TC樁施工速度快、沉降量小，是一種適用于深厚軟土地基的處理技術(shù)。本文根據(jù)寧波地區(qū)城市地質(zhì)條件特點，針對地質(zhì)報告中特殊路段的軟土處理采用TC樁設(shè)計方案。為驗證方案的可行性，應(yīng)用ABAQUS軟件對該方案進(jìn)行數(shù)值模擬計算，結(jié)果表明采用TC樁設(shè)計方案能有效減少地基沉降，結(jié)論可為工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：道路軟基；TC樁；沉降；數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.093

1 引言

寧波地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，道路沿線土層分布不均，在地表以下有較深厚的淤泥層，軟土層具有強度低、壓縮性高等特性。由于地基處理方法不當(dāng)及車輛載重超載，寧波市不少市政道路在開通運營一段時間后就出現(xiàn)了工后沉降和不均勻沉降大、路面拉裂等病害，嚴(yán)重影響了城市道路功能的充分發(fā)揮。為減少軟基工后沉降，保障道路工程質(zhì)量，寧波東外環(huán)路工程相關(guān)路段根據(jù)初步設(shè)計資料，軟基處理方案主要采用塑料套管小直徑混凝土樁（TC樁）方案。

2 道路土層概況

以揭露地層的成因時代、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì)差異等作為工程地質(zhì)層的劃分依據(jù)。該路段軟（弱）土層主要有①-3層淤泥質(zhì)粘土、②-1層淤泥、②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②2層淤泥。K0+000～K2+196.64段軟土層埋深基本在20～30m以上，主要軟土層為①-3層、②-1層、②-2層或②-2層，軟弱土層下部缺失③層粉砂，而是力學(xué)性質(zhì)較差④-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，因此，本段是軟基處理的重點，也是采用塑料套管小直徑混凝土樁難點之一。

3 東外環(huán)路段軟基處理數(shù)值模擬

3.1 數(shù)值模擬模型建立

本次計算采用Abaqus軟件針對K1+469斷面開展有限元分析。根據(jù)設(shè)計平面圖和斷面圖，K1+469計算斷面路堤填土高度為1.75 m，地基土層的分布根據(jù)鉆孔資料DZ22確定。按照擬定的地基處理方案，采用TC套管樁，樁徑0.16 m，樁間距1.5m，正方形布置。為對比不同樁長對地基處理的效果，分別考察了樁長為10 m、15 m、20 m和25 m情況下的路面沉降規(guī)律。K1+469斷面地基的計算域取為45m*45m。半幅路面凈寬為22 m，路肩放坡按1：1.5計。

運用通用有限元軟件Abaqus模擬時，網(wǎng)格類型均為四邊形CPE4R，在地應(yīng)力平衡時不考慮樁體施工及自重影響，即假設(shè)樁土一起變形協(xié)調(diào)處于初始平衡狀態(tài)，重點考慮填筑區(qū)路堤路面填筑及路面行車荷載（取37.879kPa均布荷載）作用下的變形情況。分析計算過程分地應(yīng)力平衡、填筑區(qū)填筑加載和路面車輛荷載作用三個步驟，在此主要給出加載后豎向變形及路面中心G點豎向位移值。

3.2 模型參數(shù)確定

將樁體視為線彈性材料，取彈性模量E=20 GPa計算得到等效模量，泊松比μ=0.2；填筑區(qū)填土重度γ=25 kN/m3、彈性模量E=20 MPa，μ=0.3。地基土層的計算參數(shù)列于表1。

3.3 數(shù)值計算結(jié)果分析

填筑區(qū)填筑完成時及后續(xù)路面車輛加載后土體的豎向位移圖如表2所示。從表中可以看出，隨樁長由10 m增加到25 m過程中，豎向沉降逐漸減小，在填筑完成時，沉降值由374 mm減小到160 mm；在考慮路面車輛荷載作用后，沉降值由727 mm減小到314 mm。說明樁長從10 m增加到25 m，沉降量減小了一半以上。沉降量中心處最大，隨著水平方向及豎直方向延伸數(shù)值逐步減小，呈弧形擴(kuò)散。行車荷載施加后沉降影響范圍在水平方向和豎直方向均有所擴(kuò)大，且沉降量翻倍。

4 結(jié)論

（1）通過ABAQUS數(shù)值模擬，驗證了TC樁處理軟土路基的有效性，TC樁能有效減小軟土路基的沉降；

（2）軟土路基的沉降量受樁長影響較大，25m樁長較10m樁長的沉降量減少一半以上，此時沉降量可滿足施工要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李茂英，曾慶軍，莫海鴻等.高速公路拓寬工程沉降控制復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計[J].巖土力學(xué)，2008，29（02）：535-540.

（基金項目：層狀地基的地鐵振動傳播特性與減振技術(shù)研究，江蘇省教育廳面上項目，17KJD610003；本論文受“江蘇省高校青藍(lán)工程”資助）

作者簡介：王嘉（1985-），男，江蘇泰州人，碩士，工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計工作。