高速公路CFG桩—网复合地基沉降控制效果研究

沈 辽

(江苏中设集团股份有限公司，江苏 无锡 214072)

1 地基沉降测试数据分析

1.1 工程概况

江苏省境内某高速公路DK171+432～DK171+583标段穿越高压缩性软土，结合现场原位测试和室内土工试验测试获取该区软土层基本物理力学参数详表1所示。

表1 土层基本物理力学参数

结合表1软土层参数，DK171+432～DK171+583标段采用CFG桩—网复合地基进行处治。其中：CFG桩强度为C20，桩径为0.5 m，桩间距为1.5 m，桩长10.6 m；垫层为0.5 m厚继配碎石，内铺设单层土工格栅，格栅极每延米限抗拉强度为90 kN。

1.2 测试数据分析

为研究高速公路软土地基施工期沉降特性，在路基中线埋设沉降观测板，借助测量仪器对路基填筑期沉降进行观测。开始时间为2016年5月1日，监测频率为2次/d。

由图1的地基沉降随填筑高度及时间变化曲线图可知：填土高度增加，相应地基上部荷载变大，地基固结因上部附加应力增加而持续发展，是地基沉降的主要原因；地基沉降随时间发展并不是按恒定速率发展，呈现明显的三阶段特征：(1)快速发展。填筑初期阶段，沉降随填筑荷载增加快速发展，沉降速率约为2 mm/d；(2)缓慢发展。地基固结随附加应力发展速率较为复杂，但是整体呈现前期固结较快后期缓慢的规律，对应于地基沉降亦呈现出该现象，当沉降发展到一定阶段后开始趋于缓慢发展，沉降速率为1 mm/d；(3)趋于稳定。当固结达到一定程度，地基沉降随时间发展基本不再增加，该阶段沉降趋于稳定，沉降速率几乎为零。验证高压缩性软土采用桩—网复合地基后，地基沉降在建设期基本完成，处治效果较好。

图1 沉降—填土高度—时间变化曲线

2 桩设计参数对地基沉降影响

大量工程实践证明，桩间距及桩径与地基处治效果密切相关，而不同的地质条件影响的程度亦存在差异。基于此，借助有限元分析软件ABAQUS建立三维数值模型，对相同条件下不同桩径、不同桩间距等工况下地基的沉降特性进行对比分析。

模型中上部路堤尺寸参考图1，地基横向宽取50 m，竖向埋深取50 m；模型沿线路纵向方向取50 m。模型网格采用结构化网格划分技术划分，单元类型采用C3D8R六面体缩减积分单元。模型底边采用固定边界，纵向方向面采用法向约束，横向两侧地基限制侧向位移，其它区域采用自由约束。整个模型仅考虑重力场作用，地下水采用水土合算简化处理。建立后的模型详见图3。

图2 建立后的数值模型图

由图4可知：相同条件下，改变桩径对地基沉降影响相对较小，桩径为0.5 m、0.8 m和1.0 m对应最终稳定时的地基沉降分别为27.2 mm、30.42 mm和32.06 mm，增加桩基对应沉降减少幅值比约为1 mm/0.1 m；与增加桩径地基沉降改善较小相比，改变桩间距与沉降发展更为密切。相同条件下，桩间距为1.5 m、2.0 m和2.5 m对应的计算40 d内最大地基沉降值依次约为32.06 mm、44.31 mm和52.43 mm。且从计算收敛趋势来看，40 d内计算显示桩间距为2.0 m和2.5 m条件下地基沉降仍呈发展趋势。由此可见，增大桩间距使复合地基整体刚度下降，地基变形控制相对较差，因此在高压缩性软土区域更应合理的设计桩的间距。

图3 改变桩参数沉降随时间变化曲线图

3 结 论

(1)由现场测试可知，地基沉降随填土高度增加逐渐变大，且呈快速发展、缓慢发展和趋于稳定三阶段特征；高压缩性软土地基采用桩—网复合地基处治后，沉降在建设期基本完成(处于稳定状态)，最终稳定时沉降值约为35 mm。

(2)由计算结果可知，改变桩径对地基沉降影响相对较小，增加桩基对应沉降减少幅值比约为1 mm/0.1 m；改变桩间距与沉降发展更为密切，桩间距为1.5 m、2.0 m和2.5 m对应的计算40 d内最大地基沉降值依次约为32.06 mm、44.31 mm和52.43 mm，且桩间距为2.0 m和2.5 m时地基沉降收敛趋势较差。

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