灰土擠密樁加固軟土地區公路路基參數影響分析

張 莉

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030000）

引言

灰土擠密樁作為一種常見的加固路基的方式，近年來，國內學者對此進行了一些研究，于貴等［1-2］分析了灰土擠密樁加固鐵路路基的理論不足，通過數值分析和室內試驗等手段分析了樁徑、樁距、樁長以及樁軸傾角對灰土擠密樁加固效果的影響。王嵩等［3-4］以灰土擠密樁為研究對象，對灰土擠密樁的施工工藝進行了細致分析與研究。劉衛杰等［5-6］以灰土擠密樁加固濕陷性土為研究對象，通過分析其成孔工藝、樁位、樁型材料等，對如何進行施工質量控制提出了意見。

1 工程概況

某軟土地區公路路基，原始地表從上至下依次為素填土、粉質黏土①～粉質黏土⑤，厚度依次為6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m。原始地表以上從上至下依次為瀝青、水穩、回填土和墊層。該處公路路基擬采用灰土擠密樁復合地基進行處理。路基上表面寬度設計值為14.0 m，高度為2.5 m，坡率按照1 ∶1.5 設計，施工時采用分層鋪填碾壓的方法?；彝翑D密樁長為7 m，樁徑為40 cm，樁間距為1.6 m，為了分析探究灰土擠密樁復合地基的處理效果，分析相關參數指標對建成后營運期公路沉降的影響?；彝翑D密樁加固見圖1。

圖1 灰土擠密樁加固結構/m

2 數值建模

采用有限元軟件PLAXIS 軟件建立的數值模型，見圖2。路基的頂部寬度取值為14.0 m，高度為2.5 m，坡率為1 ∶1.5。路堤坡底寬度為10.75 m，模型整體寬度為40 m，模型長度（垂直路基截面方向）取10 m，土基高度為4 m，原始地表從上至下依次為素填土、粉質黏土①～粉質黏土⑤，厚度依次為6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m?；彝翑D密樁長為7 m，樁徑為40 cm，樁間距為1.6 m，建模均采用實體單位模擬。模型除上邊界外，其他邊界均進行位移約束，模型均采用摩爾-庫倫本構模型。土體的力學參數見表1，瀝青、水穩、回填土、墊層和灰土擠密樁的物理力學參數見表2。

圖2 數值模型

表1 土體的物理力學參數

表2 其他材料的物理力學參數

3 灰土擠密樁加固軟土路基參數影響分析

3.1 樁長

樁長變化對瀝青面層表面瞬時沉降影響曲線見圖3。

圖3 路面沉降隨樁長變化曲線

由圖3 可知，路面中心沉降最大，往兩側依次減小。樁長取11 m、13 m 和15 m 時，路面中心沉降值分別為4.48 mm、4.31 mm 和4.14 mm，相比于樁長取11 m 時，樁長取13 m 和15 m 時沉降分別減小了3.8%和7.6%。隨著樁長的增加，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出線性減小的趨勢。

3.2 樁間距

樁間距變化對瀝青面層表面瞬時沉降影響曲線見圖4。

圖4 路面沉降隨樁間距變化曲線

由圖4 可知，路面中心沉降最大，往兩側依次減小。樁間距取2.4 m、1.6 m 和0.8 m 時，路面中心沉降值分別為5.81 mm、4.87 mm 和4.46 mm，相比于樁間距取2.4 m 時，樁長取1.6 m 和0.8 m 時沉降分別減小了16.2%和23.2%。隨著樁間距的減小，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出減小的趨勢，但沉降減小趨勢變緩，當樁間距較小時“樁土效應”逐漸顯現。

3.3 樁體彈性模量

樁體彈性模量變化對瀝青面層表面瞬時沉降影響曲線見圖5。

圖5 路面沉降隨樁體彈性模量變化曲線

由圖5 可知，路面中心沉降最大，往兩側依次減小。樁體模量取40 MPa、120 MPa、200 MPa和280 MPa 時，路面中心沉降值分別為5.51 mm、4.47 mm、4.12 mm 和3.92 mm，相比于樁體模量取40 MPa 時，樁體模量取120 MPa、200 MPa 和280 MPa時沉降分別減小了18.9%、25.2%和28.9%。隨著樁體模量的增加，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出減小的趨勢，但沉降減小趨勢變緩，說明合理的增大樁體模量可以有效減小路面沉降，但考慮到經濟效益，樁體模量不宜過大。

3.4 車輛軸載

車輛荷載變化對瀝青面層表面瞬時沉降影響曲線見圖6，基于規范BZZ-10 標準軸載［7］，以雙輪組單軸載100 kN 作為標準軸載，得到標準軸載（0.7 MPa）、1.5 倍標準軸載（1.1 MPa）和2 倍標準軸載（1.4 MPa）時的路面沉降曲線，見圖 6。

圖6 路面沉降隨荷載變化曲線

由圖6 可知，路面中心沉降最大，往兩側依次減小。車輛軸載取1.4 MPa、1.1 MPa 和0.7 MPa時，路面中心沉降值分別為4.76 mm、4.61 mm 和4.49 mm，相比于車輛軸載取1.4 MPa 時，車輛軸載取1.1 MPa 和0.7 MPa 時沉降分別減小了3.2%和5.7%。隨著車輛軸載的減小，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出減小的趨勢。

4 結語

（1）隨著樁長的增加，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出線性減小的趨勢；隨著車輛軸載的減小，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出減小的趨勢。（2）隨著樁間距的減小，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出減小的趨勢，但沉降減小趨勢變緩，當樁間距較小時“樁土效應”逐漸顯現。（3）隨著樁體模量的增加，瀝青面層表面瞬時沉降呈現出減小的趨勢，但沉降減小趨勢變緩，說明合理地增大樁體模量可以有效減小路面沉降，但考慮到經濟效益，樁體模量不宜過大。