粉噴樁復合地基處治高速公路軟土路基影響因素分析

陳 鋼

(湖南交通國際經濟工程合作有限公司 長沙市 410000)

由于軟土具有變形較大、滲透性低、壓縮性高、抗剪強度低等特性，因此在高速公路修建過程中如遇到軟土地區時需對路段軟土進行加固處理，以解決地基沉降、變形、承載力不足等問題。粉噴樁適用于處治各類軟土地基，可有效改善軟土性質，故在高速公路軟土路基加固工程中得到廣泛應用。

以某高速公路匝道軟基工程為背景，運用PLAXIS有限元軟件建立粉噴樁復合地基，針對不同樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度條件下粉噴樁復合地基的沉降及水平位移進行數值模擬分析，以期為同類軟土地基加固工程提供有效參考及借鑒。

1 工程背景

依托某高速公路匝道工程為研究背景，該路段場區存在較厚的軟土分布，經地質勘察資料顯示軟土地層主要包括淤泥質亞粘土、軟粘土、碎石土和灰巖。由于場區軟土具有含水量高、空隙大、滲透性低、壓縮性高和抗剪強度低等特征，導致路基承載力無法滿足要求，因此需對匝道工程的軟土路基進行加固處理?？紤]到場區軟土含水豐富且分布不均勻，選用粉噴樁復合地基對場區軟基進行處治。

2 建立模型

結合上述軟土路基工程，針對不同樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度情形下粉噴樁復合地基的位移進行數值分析并總結出位移變化規律。根據匝道工程實際施工現場，運用PLAXIS軟件建立復合地基有限元模型如圖1所示，根據路基對稱分布，模型采取尺寸為40m×20m×20m的半幅路堤，其中路堤頂面寬15m，坡高4m，坡率1∶1.5，坡底寬21m，級配碎石墊層厚0.4m，粉噴樁復合地基中軟土層和持力層深度均為8m。模型假設左右邊界水平約束，底部則完全約束，不考慮地下水的影響，粉噴樁、路堤層均采用彈性模型，軟土地基則采用Mohr-Coulomb彈塑性模型，各土體材料參數見表1。軟土路基有限元模型共分為1878個單元、1351個節點，具體網格劃分見圖2。

圖1 粉噴樁復合地基計算模型示意

3 粉噴樁復合地基處治軟土路基的影響因素分析

3.1 樁長

模型中粉噴樁樁徑取0.5m，樁間距取1.6m，墊層厚度取0.6m，通過對8m、9m、10m樁長的粉噴樁復合地基進行有限元計算分析，得到不同樁長復合地基的沉降及水平位移分布如圖3、圖4所示。

表1 土體材料參數

圖2 計算模型網格示意

圖3 不同樁長復合地基的沉降量分布規律

圖4 不同樁長復合地基的水平位移分布規律

由圖3可知，在距路基中心線距離越近時，不同樁長粉噴樁復合地基的沉降量越大，而距路基中心線距離越遠時，粉噴樁復合地基的沉降量則越??；隨著粉噴樁樁長的增大，粉噴樁復合地基的沉降量整體呈現出不同程度的減小，其中樁長為8～9m時，復合地基沉降減幅較為明顯，當樁長為9m時，復合地基沉降量達到最小，當繼續增加樁長至10m時，復合地基沉降量出現小幅增大。由圖4可知，在距路基中心線距離越近時，不同樁長粉噴樁復合地基的水平位移越小，而距路基中心線距離越遠時，復合地基的水平位移則越大；隨著粉噴樁樁長的增大，復合地基的水平位移同樣呈現出不同程度的減小，其中樁長為9m時，復合地基水平位移最小，當繼續增加樁長至10m時，復合地基水平位移呈現小幅增大。綜合可知，粉噴樁復合地基存在臨界樁長，適宜樁長才能有效控制復合地基沉降及水平位移。

3.2 樁徑

模型中粉噴樁樁長取9m，樁間距取1.6m，墊層厚度取0.6m，通過對0.3m、0.5m、0.8m樁徑的粉噴樁復合地基進行有限元計算分析，得到不同樁徑復合地基的沉降及水平位移分布如圖5、圖6所示。

圖5 不同樁徑復合地基的沉降量分布規律

圖6 不同樁徑復合地基的水平位移分布規律

由圖5可知，當距路基中心線距離越近時，不同樁徑粉噴樁復合地基的沉降量越大，而距路基中心線越遠時，復合地基沉降量則越?。浑S著粉噴樁樁徑的增大，復合地基沉降逐漸減小，其中樁徑由0.3m增至0.5m時，復合地基的沉降量減幅較大，當樁徑繼續增至0.8m時，復合地基沉降減幅出現減小。從圖6中可以看出，隨著距路基中心線距離的增大，不同樁徑粉噴樁復合地基的水平位移呈增大的變化趨勢；隨著粉噴樁樁徑的增大，復合地基的水平位移逐漸減小，其中樁徑由0.3m增至0.5m時，復合地基的水平位移減幅較為明顯，當繼續增至0.8m時，復合地基的水平位移減幅較小。綜合可知，樁徑過大對粉噴樁復合地基的沉降及水平位移控制效果不明顯，從經濟效益方面考慮屬于浪費。

3.3 樁間距

模型中粉噴樁樁長取9m，樁徑取0.5m，墊層厚度取0.6m，通過對1.2m、1.6m、2.0m樁間距的粉噴樁復合地基進行有限元計算分析，得到不同樁間距復合地基的沉降及水平位移分布如圖7、圖8所示。

圖7 不同樁間距復合地基的沉降量分布規律

圖8 不同樁間距復合地基的水平位移分布規律

由圖7可知，當距路基中心線的距離越近時，不同樁間距復合地基的沉降量越大，而距路基中心線的距離越遠時，復合地基的沉降量則越??；隨著粉噴樁樁間距的增大，復合地基的沉降量減幅不明顯。由圖8可知，隨著距路基中心線距離的增大，不同樁間距復合地基的水平位移呈增大的變化趨勢；隨著粉噴樁樁間距的增大，復合地基水平位移呈現不同程度的增大，其中樁間距由1.2m增至1.6m時，復合地基水平位移增幅較大，當繼續增加樁間距至2.0m時，復合地基水平位移減小。綜合可知，通過將粉噴樁中樁間距減小，使得樁數量增多，對復合地基沉降和水平位移控制效果不明顯。

3.4 墊層厚度

模型中粉噴樁樁長取9m，樁徑取0.5m，樁間距取1.6m，通過對0.4m、0.6m、0.8m墊層厚度的粉噴樁復合地基進行有限元計算分析，得到不同墊層厚度復合地基的沉降及水平位移分布如圖9、圖10所示。

圖9 不同墊層厚度復合地基的沉降量分布規律

圖10 不同墊層厚度復合地基的水平位移分布規律

從圖9中可以看出，在距路基中心線的距離越近時，不同墊層厚度復合地基的沉降量越大，而距路基中心線的距離越遠時，復合地基的沉降量則越小；隨著墊層厚度的增大，復合地基的沉降量減幅不明顯。由圖10可知，當距路基中心線的距離越近時，不同墊層厚度復合地基的水平位移越小，而距路基中心線的距離越遠時，復合地基的水平位移則越大；當墊層厚度由0.4m增至0.6m時，復合地基水平位移出現較小幅度的減小，繼續增加墊層厚度至0.8m時，復合地基水平位移則呈現小幅增大。綜合可知，增大墊層厚度對粉噴樁復合地基沉降和水平位移的控制效果較小，且從施工成本方面考慮不劃算。

4 結論

以某高速公路匝道軟基工程為背景，運用PLAXIS有限元軟件建立粉噴樁復合地基，針對不同樁長、樁徑、樁間距、墊層厚度條件下粉噴樁復合地基的沉降及水平位移進行數值模擬分析，得出以下結論：

(1)粉噴樁樁長由8m增至9m時，復合地基的沉降及水平位移均有明顯減小，而繼續增加樁長至10m時則出現小幅增大，故適宜的樁長才能有效控制復合地基沉降及水平位移。

(2)隨著粉噴樁樁徑的增大，復合地基沉降和水平位移均逐漸減小，樁徑過大對復合地基沉降及水平位移控制效果不明顯。

(3)隨著粉噴樁樁間距或墊層厚度的增大，粉噴樁復合地基的沉降量變化均不明顯；樁間距過小或墊層厚度過大均不能有效控制粉噴樁復合地基沉降和水平位移，且會導致施工難度及工程造價增大。