高速公路中水泥攪拌樁沉降規(guī)律的研究

楊 華

湖南長(zhǎng)沙 410000

水泥攪拌粧復(fù)合地基廣泛運(yùn)用于高速公路軟基處理中[1]，此方法工期短、工后沉降小，特別適用于橋頭軟基處理。然而，高速公路中水泥攪拌樁的沉降特性還不明確，在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性，因此，加強(qiáng)對(duì)高速公路中水泥攪拌樁沉降規(guī)律的研究很有必要。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

某高速公路位于洞庭湖平原區(qū)，湖泊眾多，區(qū)內(nèi)廣泛分布有布水田、水塘。該路段所經(jīng)地區(qū)多為湖相沉積軟土，軟土含水量大、承載力差。該高速橋梁結(jié)構(gòu)物眾多，橋頭兩端填土高度大，為了減小工后沉降，有效防止橋頭跳車，在結(jié)構(gòu)物和橋頭處采用了水泥攪拌樁復(fù)合地基處理軟基的方案。水泥攪拌樁設(shè)置在構(gòu)造物兩側(cè)30m范圍內(nèi)的軟弱土路段內(nèi)，設(shè)計(jì)采用等邊三角形布樁，樁徑為0.5m，樁間距為1.2m，樁長(zhǎng)為10～14m不等。

1.2 監(jiān)測(cè)典型斷面的選擇及儀器埋設(shè)

限于篇幅本文僅對(duì)該項(xiàng)目4標(biāo)段的K23+640橋頭過(guò)渡段 （斷面1） 、5標(biāo)段的K31+960橋頭過(guò)渡段 （斷面2） 進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析。

儀器埋設(shè)：每個(gè)斷面的路表布3個(gè)沉降板，即路中心布1個(gè)，兩側(cè)路肩各布置1個(gè)；分層沉降管，布1孔，即布置在路堤中心線，每隔8m布置1個(gè)沉降觀測(cè)磁環(huán)，以下每2m布置1個(gè)，以觀測(cè)路堤沉降沿深度的分布情況。

1.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

1.3.1 路表沉降分析

從圖1及圖2可以看出：沉降隨填土高度的增加而增大，即填土初期，路表沉降增長(zhǎng)較快，瞬時(shí)沉降較大，填土后期，沉降逐漸減小；另路基中心與路肩沉降存在著較大的差異，即路基中心沉降大，路肩沉降較小。

圖1 斷面1 K23+640時(shí)間-荷載-沉降量關(guān)系圖

圖2 斷面2 K31+960時(shí)間-荷載-沉降量關(guān)系圖

1.3.2 深層沉降分析

從圖3及圖4可以看出：最大沉降出現(xiàn)在頂層沉降磁環(huán)上，沉降量隨著磁環(huán)埋深而增加，路基底部沉降逐漸減小。沉降變化明顯的區(qū)域僅在加固區(qū)范圍，但樁底深部土層壓縮變形量較小。

圖3 斷面1分層沉降沿深度變化圖

圖4 斷面2分層沉降沿深度變化圖

2 數(shù)值模擬分析

2.1 有限元模型的建立

利用ANSYS有限元軟件對(duì)K23+640進(jìn)行數(shù)值模擬分析[2-3]。路基近似為平面應(yīng)變問(wèn)題，取半幅路堤作為研究，所加荷載與實(shí)際填土荷載基本一致。樁、土、墊層均用plane42單元，樁與墊層近似為線彈性模型，土體模型采用ANSYS中自帶的Drucker-prager模型。網(wǎng)格劃分由程序半自動(dòng)完成，邊界條件為側(cè)向無(wú)水平位移，底邊完全固定。

2.2 結(jié)果分析

由ANSYS軟件生成的結(jié)果如圖5可以看出，路基最大沉降為167mm，與實(shí)測(cè)沉降150 mm較為接近，且中心沉降最大，路肩沉降較小，這也與監(jiān)測(cè)結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了本文建立的有限元模型是合理的。

圖5 K23+640斷面豎向位移圖

3 結(jié)語(yǔ)

水泥攪拌樁能有效減小工后沉降，可有效防止“橋頭跳車”。填土初期，路表沉降增長(zhǎng)較快，填土后期，沉降逐漸減小，中心沉降比路肩大，路堤施工應(yīng)注意填筑速率及填筑順序。加固區(qū)的沉降變化明顯，但深部土層變形量較小，故樁長(zhǎng)并不是越長(zhǎng)越好，存在一個(gè)最優(yōu)樁長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理取值，減少浪費(fèi)。ANSYS的數(shù)值模擬結(jié)果表明本文建立的有限元模型是合理的，可為今后研究提供參考。

[1] 張留俊，王福勝，等. 髙速公路軟土地基處理技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社，2002.

[2] 郝文化. ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例[J]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

[3] 朱云升，等. 柔性基礎(chǔ)復(fù)合地基力學(xué)性狀的有限元分析[J]. 巖土力學(xué)，2003，24 （3）：395-400.