水泥攪拌樁各參數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，具有振動小、污染少、對周邊環境影響小、加固效果好等優點，在公路項目軟土路基加固中得到了廣泛應用。為了有效探究各項技術指標對水泥攪拌樁加固效果的影響，文章依托某公路項目軟基處理施工實踐，借助有限元分析模型及正交試驗系統分析了水泥攪拌樁各項參數對軟土路基加固效果的影響情況。結果顯示：（1）各項技術參數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）根據項目具體狀況，推薦攪拌樁技術參數為樁長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，符合規范及設計標準要求。希望相關研究成果可為同類工程提供參考和借鑒。

關鍵詞 公路工程項目；軟土路基；水泥攪拌樁；參數影響分析

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0084-03

0 引言

公路項目建設環境復雜、地質狀況較差，施工中極易遭遇軟弱地基等不良地質條件，如軟土、濕陷性黃土等，顯著增大施工困難，若處治不當極易引發路基沉陷等質量病害，嚴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，如何科學提升軟基加固效果，防止路基沉陷產生已成為目前亟須解決的問題[1]。為此，該文結合實際工程案例，針對水泥攪拌樁各項參數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，保證公路建設質量。

1 工程概況與試驗方法

1.1 工程概況

某公路項目為城市主要交通要道，設計寬度24.0 m。道路規劃區域內分布大量水田。地質勘查報告顯示，此路段土層自上而下依次為種植土、淤泥質黏土、粉質黏土。其中種植土色澤呈灰褐色，以黏性土為主，內部存在少許植物根系，土質疏松，土層厚度為0.8～0.9 m；淤泥質土呈流塑狀，深度為10.0～16.8 m；而粉質黏土色澤呈灰黑色，主要是由灰巖風化形成，硬塑狀。路基填筑高度達7.0 m，需對地基實施補強加固。

1.2 試驗方法

影響水泥攪拌樁加固效果的因素較多，如果對各種因素實施逐一分析，需耗費較多時間、物力與財力，且由于條件較為有限，難以開展現場試驗。為此，該文借助有限元分析模型及四因素三水平（L9（34））正交試驗對各項指標參數對加固效果的影響實施分析[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情況如圖1～2所示。正交試驗各指標及水平取值如表1所示。

路基沉降作為公路項目施工質量控制的主要指標，常以此來評價道路工后沉降能否滿足標準要求[4]。該試驗以軟土路基為試驗對象，因此在路基表面中心位置選擇一點進行沉降檢測分析。借助有限元軟件Midas-GTS-NX分別對9次正交試驗試試模擬分析。具體方案設計及模擬結果如表2所示：

2 試驗結果與討論

2.1 極差分析

按照試驗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結果影響較大，為關鍵因素；而如果極差較小，則表明此因素在不同條件下對試驗結果影響較小，為非關鍵因素。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，屬關鍵因素；樁間距S對軟基沉降影響最小，屬非關鍵因素。

2.2 趨勢圖分析

根據表3相關數據，通過計算得到各因素在不同條件下的路基沉降均值，并畫出對應的變化趨勢圖，具體如圖3所示。

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

2.3 方差分析

極差與趨勢圖分析法具有簡便、快捷、直觀等優點，但無法得出試驗偏差，因此可采用方差分析法實施深入研究[5]。采用正交表ln（J m）組織試驗，各試驗數據記作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主要表征試驗誤差導致的數據變化，SY主要表征因素水平變動造成的數據變化。總離差平方和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個水平r次試驗結果之和。

由于，故試驗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；

試驗誤差自由度：fE=fT?f。

2.3.3 均方計算

對于試驗項數影響主要利用求平均離差平方和方式逐項排除[6]。現以因素A為對象實施分析，因素平均離差平方和可通過式（5）求得：

試驗誤差平均離差平方和可通過式（6）求得：

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

利用顯著性檢驗能夠準確判定各種因素對檢測結果的敏感程度[7-8]。針對指定的檢測標準a，通過查表找出臨界點Fa（ fA， fE），然后對計算值與臨界值實施比較，若F>Fa（ fA， fE），表明此因素對檢測結果較為敏感；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，方差法得到的試驗結果更加精確。

2.4 優化水泥攪拌樁參數條件

由上述各種分析結果能夠看出，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。根據相關實踐經驗，并兼顧成本、技術等各方面因素，推薦路基沉降加固施工時，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向位移最大值分別為?6.272 cm和1.556 cm，符合規范及設計標準要求。具體沉降及位移云圖如圖4～5所示。

3 結論

綜上所述，該文依托實際工程實踐，借助有限元分析模型及正交試驗，對水泥攪拌樁各項參數對軟土路基加固效果的影響展開綜合分析，得出如下結論：

（1）水泥攪拌樁各技術參數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）根據項目具體狀況，并兼顧成本、技術等各方面因素，推薦路基沉降加固施工時，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向位移最大值分別為?6.272 cm和1.556 cm，符合規范及設計標準要求。

（3）相較于側向位移，路基沉降較大，因此實際施工時應重點針對路基沉降實施控制，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向位移影響。

參考文獻

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