水泥攪拌樁各參數(shù)對軟弱路基沉降的影響分析

王松

摘要 水泥攪拌樁作為軟土地基加固常用的處理技術(shù)，具有振動(dòng)小、污染少、對周邊環(huán)境影響小、加固效果好等優(yōu)點(diǎn)，在公路項(xiàng)目軟土路基加固中得到了廣泛應(yīng)用。為了有效探究各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對水泥攪拌樁加固效果的影響，文章依托某公路項(xiàng)目軟基處理施工實(shí)踐，借助有限元分析模型及正交試驗(yàn)系統(tǒng)分析了水泥攪拌樁各項(xiàng)參數(shù)對軟土路基加固效果的影響情況。結(jié)果顯示：（1）各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)對軟弱路基沉降影響程度如下：樁長l＞樁徑D＞樁體模量E＞樁間距S；（2）根據(jù)項(xiàng)目具體狀況，推薦攪拌樁技術(shù)參數(shù)為樁長21 m，樁徑0.5 m，樁體模量30 GPa，間距2.5 m；此工況下路基沉降最大值為?6.272 cm，符合規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。希望相關(guān)研究成果可為同類工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；軟土路基；水泥攪拌樁；參數(shù)影響分析

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0084-03

0 引言

公路項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)狀況較差，施工中極易遭遇軟弱地基等不良地質(zhì)條件，如軟土、濕陷性黃土等，顯著增大施工困難，若處治不當(dāng)極易引發(fā)路基沉陷等質(zhì)量病害，嚴(yán)重影響道路使用性能，威脅行車安全。特別對于軟土路基，其處治難度更大，如何科學(xué)提升軟基加固效果，防止路基沉陷產(chǎn)生已成為目前亟須解決的問題[1]。為此，該文結(jié)合實(shí)際工程案例，針對水泥攪拌樁各項(xiàng)參數(shù)對軟弱路基沉降的影響展開綜合探究，以期能有效提升軟基加固處理效果，保證公路建設(shè)質(zhì)量。

1 工程概況與試驗(yàn)方法

1.1 工程概況

某公路項(xiàng)目為城市主要交通要道，設(shè)計(jì)寬度24.0 m。道路規(guī)劃區(qū)域內(nèi)分布大量水田。地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，此路段土層自上而下依次為種植土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土。其中種植土色澤呈灰褐色，以黏性土為主，內(nèi)部存在少許植物根系，土質(zhì)疏松，土層厚度為0.8～0.9 m；淤泥質(zhì)土呈流塑狀，深度為10.0～16.8 m；而粉質(zhì)黏土色澤呈灰黑色，主要是由灰?guī)r風(fēng)化形成，硬塑狀。路基填筑高度達(dá)7.0 m，需對地基實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固。

1.2 試驗(yàn)方法

影響水泥攪拌樁加固效果的因素較多，如果對各種因素實(shí)施逐一分析，需耗費(fèi)較多時(shí)間、物力與財(cái)力，且由于條件較為有限，難以開展現(xiàn)場試驗(yàn)。為此，該文借助有限元分析模型及四因素三水平（L9（34））正交試驗(yàn)對各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)對加固效果的影響實(shí)施分析[2-3]。該研究模型選用修正的摩爾—庫倫模型（MMC），此模型能較為全面地顯示路基沉降情況。

軟基整體模型及水泥攪拌樁布設(shè)情況如圖1～2所示。正交試驗(yàn)各指標(biāo)及水平取值如表1所示。

路基沉降作為公路項(xiàng)目施工質(zhì)量控制的主要指標(biāo)，常以此來評價(jià)道路工后沉降能否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。該試驗(yàn)以軟土路基為試驗(yàn)對象，因此在路基表面中心位置選擇一點(diǎn)進(jìn)行沉降檢測分析。借助有限元軟件Midas-GTS-NX分別對9次正交試驗(yàn)試試模擬分析。具體方案設(shè)計(jì)及模擬結(jié)果如表2所示：

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 極差分析

按照試驗(yàn)求出各種因素條件下同一水平作用軟基沉降總和，并按照式（1）求出各影響因素下的極差，具體結(jié)果如表3所示。

式中，Ri——各因素條件為i（i=1、2、3）的沉降和；P——極差。

如果極差較大，表明此因素在不同條件下對試驗(yàn)結(jié)果影響較大，為關(guān)鍵因素；而如果極差較小，則表明此因素在不同條件下對試驗(yàn)結(jié)果影響較小，為非關(guān)鍵因素。通過表3能夠看出，Pl＞PD＞PE＞PS，充分表明樁長l對軟基沉降影響最大，屬關(guān)鍵因素；樁間距S對軟基沉降影響最小，屬非關(guān)鍵因素。

2.2 趨勢圖分析

根據(jù)表3相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得到各因素在不同條件下的路基沉降均值，并畫出對應(yīng)的變化趨勢圖，具體如圖3所示。

通過圖3能夠看出，樁長l發(fā)生變化時(shí)，路基沉降變化趨勢最大，因此樁長l為路基沉降的關(guān)鍵影響因素。而其余幾種因素發(fā)生變化時(shí)，軟土路基沉降變化趨勢較小，試驗(yàn)過程中難以判定其對軟土路基沉降變形的影響，屬非關(guān)鍵因素。

2.3 方差分析

極差與趨勢圖分析法具有簡便、快捷、直觀等優(yōu)點(diǎn)，但無法得出試驗(yàn)偏差，因此可采用方差分析法實(shí)施深入研究[5]。采用正交表ln（J m）組織試驗(yàn)，各試驗(yàn)數(shù)據(jù)記作Zi=（i=1，2，3，……，n）。

2.3.1 總離差平方和

總離差平方ST和主要包括試驗(yàn)誤差離差平方SE和及各因素離差平方和SY兩部分，其中SE主要表征試驗(yàn)誤差導(dǎo)致的數(shù)據(jù)變化，SY主要表征因素水平變動(dòng)造成的數(shù)據(jù)變化?？傠x差平方和ST可通過式（2）求得：

以因素A為例，其離差平方和可通過式（3）求得：

其中，為因素A的第i個(gè)水平r次試驗(yàn)結(jié)果之和。

由于，故試驗(yàn)誤差離差平方和可通過下式（4）求得：

其中（A、B、......、M表示因素）。

2.3.2 自由度

總自由度：fT=n?1；

各因素自由度：f=j?1；

試驗(yàn)誤差自由度：fE=fT?f。

2.3.3 均方計(jì)算

對于試驗(yàn)項(xiàng)數(shù)影響主要利用求平均離差平方和方式逐項(xiàng)排除[6]。現(xiàn)以因素A為對象實(shí)施分析，因素平均離差平方和可通過式（5）求得：

試驗(yàn)誤差平均離差平方和可通過式（6）求得：

F值與顯著性檢驗(yàn)：F為因素平均離差平方和與試驗(yàn)誤差平均離差平方和二者之間的比值，即：

利用顯著性檢驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確判定各種因素對檢測結(jié)果的敏感程度[7-8]。針對指定的檢測標(biāo)準(zhǔn)a，通過查表找出臨界點(diǎn)Fa（ fA， fE），然后對計(jì)算值與臨界值實(shí)施比較，若F>Fa（ fA， fE），表明此因素對檢測結(jié)果較為敏感；若F

通過表4能夠看出，軟土路基沉降對各種因素敏感程度如下：樁長l＞樁徑D＞樁體模量E，即樁體長度對軟基沉降影響最大，樁徑D及樁體模量E影響較小。相較于極差法與趨勢圖法，方差法得到的試驗(yàn)結(jié)果更加精確。

2.4 優(yōu)化水泥攪拌樁參數(shù)條件

由上述各種分析結(jié)果能夠看出，各種因素對軟土路基影響程度依次如下：樁長l＞樁徑D＞樁體模量E＞樁間距S。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并兼顧成本、技術(shù)等各方面因素，推薦路基沉降加固施工時(shí)，水泥攪拌樁樁長為21 m、樁徑為0.5 m、樁體模量為30 GPa、樁間距為2.5 m，此工況下路基沉降及側(cè)向位移最大值分別為?6.272 cm和1.556 cm，符合規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。具體沉降及位移云圖如圖4～5所示。

3 結(jié)論

綜上所述，該文依托實(shí)際工程實(shí)踐，借助有限元分析模型及正交試驗(yàn)，對水泥攪拌樁各項(xiàng)參數(shù)對軟土路基加固效果的影響展開綜合分析，得出如下結(jié)論：

（1）水泥攪拌樁各技術(shù)參數(shù)對軟弱路基沉降影響程度如下：樁長l＞樁徑D＞樁體模量E＞樁間距S。

（2）根據(jù)項(xiàng)目具體狀況，并兼顧成本、技術(shù)等各方面因素，推薦路基沉降加固施工時(shí)，水泥攪拌樁樁長為21 m、樁徑為0.5 m、樁體模量為30 GPa、樁間距為2.5 m，此工況下路基沉降及側(cè)向位移最大值分別為?6.272 cm和1.556 cm，符合規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）相較于側(cè)向位移，路基沉降較大，因此實(shí)際施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)針對路基沉降實(shí)施控制，以有效降低差異性沉降，在不影響道路正常使用情況下可忽略側(cè)向位移影響。

參考文獻(xiàn)

[1]秦俊杰. 論水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用[C]//上海筱虞文化傳播有限公司， 中國智慧工程研究會(huì)智能學(xué)習(xí)與創(chuàng)新研究工作委員會(huì). Proceedings of 2022 Shanghai Forum on Engineering Technology and New Materials（ETM2022）（VOL. 1）， 2022： 201-203.

[2]曹曉宇. 水泥攪拌樁加固軟土路基與試驗(yàn)檢測技術(shù)研究[J]. 中國高新科技， 2022（24）： 52-53+61.

[3]席志龍， 馬妍， 田澤宇. 高速公路軟土路基沉降預(yù)測方法研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2020（3）： 204-207.

[4]洪英維. 軟土路基沉降及預(yù)測方法對比研究[J]. 黑龍江交通科技， 2020（1）： 45-46.

[5]余昌平， 甄光磊， 王文杰. 軟土路基沉降預(yù)測對項(xiàng)目成本影響的技術(shù)研究[J]. 公路， 2020（10）： 35-39.

[6]路海云. 高速公路軟土路基沉降變形規(guī)律及控制措施研究[J]. 建設(shè)科技， 2023（10）： 110-112.

[7]王建藍(lán). 道路軟土地基施工中水泥攪拌樁的應(yīng)用探索[C]//上海筱虞文化傳播有限公司. Proceedings of 2022 Engineering Technology Innovation and Management Seminar（ETIMS 2022）， 2022： 631-634.