CFG樁參數對滬武高速公路路基沉降影響規律研究

畢芬芬

摘 要：為了研究CFG樁參數對高速公路路基最終沉降值的影響規律，本文以滬武高速公路為研究對象，借助FLAC 3D有限元計算軟件，建立不同對比條件下實例工程路基沉降的三維模型。經過計算分析，沉降值與樁長成反比、與樁間距成正比。同時綜合各方案沉降值計算結果和造價，推薦樁長取7.0 m、樁間距取2.0 m。在該方案下，實例工程最大沉降值為2.55 cm，滿足要求。

關鍵詞：CFG樁;路基沉降;樁體參數

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A

1 工程概況

滬武高速公路太倉至常州段于2000年開工建設，2004年全線建成通車，現狀蘇滬界向西至董浜樞紐段為雙向六車道高速公路，路基標準橫斷面寬35.0 m;董浜樞紐至常州南互通段為雙向四車道高速公路，路基標準橫斷面寬28.0 m;全線設計速度120 km/h，項目路線全長約135 km。

2 CFG樁受力特性和變形特性分析

設樁與土收到的上部荷載為。在深度以上區域，樁體位移小于土體，此區間內上部荷載主要由土體承擔，因此，土體對樁的摩擦力方向豎直向下。在深度以下區域，樁體位移小于土體，此區間內上部荷載主要由樁體承擔，因此，土體對樁的摩擦力方向豎直向上。沿樁深方向，土體給樁的摩擦力在附近達到最大值。

根據文獻可知，CFG樁加固后地基承載力可按下式進行計算：

（1）

式中，為CFG樁加固后的地基承載力;為CFG樁所占的面積占加固區域面積的比例;為CFG樁的單樁截面面積;為CFG樁的單樁承載力;為樁前土體承載力折減系數，按照文獻[2]取0.70～0.90;為樁前土體的承載力。

假設CFG樁在荷載的作用下，樁頂與樁身產生的沉降分別為和，且令樁前土體產生的沉降為。由于以深度為界，以上區域樁體沉降小于樁前土體沉降，因此樁體部分進入褥墊層中產生變形，記為：

（2）

同理，以下區域樁體沉降大于樁前土體沉降，因此樁體部分的變形記為：

（3）

因此，樁體上部和下部區域變形量的總和記為土體的壓縮總量，記為：

（4）

3 實例工程三維數學模型建立

根據實例工程設計資料及地勘資料，本工程區域總共有5個土層，自上而下分別是強風化巖、淤泥質粉質黏土、軟粉質黏土、細砂層、軟塑粘土，采用CFG樁進行加固處理。CFG樁長為7.0 m，直徑為0.6 m，樁間距為2.0 m。本文借助FLAC三維有限元計算軟件進行模型計算，實例工程三維有限元計算模型網格劃分見圖1（a），在設計方案下的沉降分布見圖1（b）。

（a）網格劃分 （b）設計方案下沉降計算結果

4 數模計算結果分析

4.1 樁體長度對沉降影響分析

（a）樁長5.0 m （b）樁長6.0 m

（c）樁長8.0 m （d）樁長9.0 m

設計方案樁長為7.0 m，選擇樁體長度為5.0 m、6.0 m、8.0 m、9.0 m四組方案作為對比方案。其他條件不變情況下，各樁長下實例工程最終沉降云圖計算結果見圖2。

分析圖2可知：

（1）在各工況下，水平方向上，路基沉降的最大值均發生在路基中心區域，且以路基中心為主要沉降區域，向兩側邊坡逐漸遞減;豎直方向上，主要沉降區域均在地表層區域，且逐漸向下遞減，在土體深度9.2 m區域及以下部分，基本沒有土體沉降位移發生。

（2）樁體長度為5.0 m、6.0 m、7.0 m、8.0 m、9.0 m方案下，實例工程路基的最終沉降值分別為3.20 m、2.75 m、2.55 m、2.48 m、2.40 m。可見在其他條件一定的情況下，樁長越長，實例工程路基的最終沉降值越小。

（3）綜合各樁長下實例工程路基的最終沉降計算值以，同時考慮到本項目對地基沉降的設計目標值以及各方案的工程造價情況，同時本工程土體能感受到沉降的最大深度為9.2 m，樁長取7.0 m以上后對實例工程土體沉降影響較小，因此建議采用樁長為7.0 m的方案。

4.2 樁體間距對沉降影響分析

計算結果如下：

（1）樁間距為1.5 m、1.8 m、2.0 m、2.2 m、2.5 m方案下，實例工程路基的最終沉降值分別為3.35 m、2.82 m、2.55 m、2.39 m、2.35 m。可見在其他條件一定的情況下，樁間距越小，實例工程路基的最終沉降值越小。

（2）分析可知，在樁間距為2.0 m時，縮小樁間距對實例工程路基的最終沉降值影響較小。同時考慮到各方案的工程造價，因此選擇2.0 m樁間距為建議值。

5 結論

本文以滬武高速公路為研究對象，通過建立不同條件下高速公路路基沉降計算模型，分析了樁長和樁間距對實例工程路基沉降的影響。根據各對比方案的計算結果，推薦采用7.0 m樁長、2.0 m樁間距。這也與設計方案結果相吻合。因此，實例工程設計方案合理可行。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通部.公路路基設計規范[S].

[2]周煥云，黃曉明.高速公路軟土地基沉降預測方法綜述[J].交通運輸工程學報，2002（04）：7-10.