TC桩加固道路软基的沉降数值模拟

王嘉 王斯海

摘 要：TC桩施工速度快、沉降量小，是一种适用于深厚软土地基的处理技术。本文根据宁波地区城市地质条件特点，针对地质报告中特殊路段的软土处理采用TC桩设计方案。为验证方案的可行性，应用ABAQUS软件对该方案进行数值模拟计算，结果表明采用TC桩设计方案能有效减少地基沉降，结论可为工程应用提供理论指导。

关键词：道路软基；TC桩；沉降；数值模拟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.093

1 引言

宁波地区地质条件复杂，道路沿线土层分布不均，在地表以下有较深厚的淤泥层，软土层具有强度低、压缩性高等特性。由于地基处理方法不当及车辆载重超载，宁波市不少市政道路在开通运营一段时间后就出现了工后沉降和不均匀沉降大、路面拉裂等病害，严重影响了城市道路功能的充分发挥。为减少软基工后沉降，保障道路工程质量，宁波东外环路工程相关路段根据初步设计资料，软基处理方案主要采用塑料套管小直径混凝土桩（TC桩）方案。

2 道路土层概况

以揭露地层的成因时代、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质差异等作为工程地质层的划分依据。该路段软（弱）土层主要有①-3层淤泥质粘土、②-1层淤泥、②-2层淤泥质粉质粘土和②2层淤泥。K0+000～K2+196.64段软土层埋深基本在20～30m以上，主要软土层为①-3层、②-1层、②-2层或②-2层，软弱土层下部缺失③层粉砂，而是力学性质较差④-1层淤泥质粉质粘土，因此，本段是软基处理的重点，也是采用塑料套管小直径混凝土桩难点之一。

3 东外环路段软基处理数值模拟

3.1 数值模拟模型建立

本次计算采用Abaqus软件针对K1+469断面开展有限元分析。根据设计平面图和断面图，K1+469计算断面路堤填土高度为1.75 m，地基土层的分布根据钻孔资料DZ22确定。按照拟定的地基处理方案，采用TC套管桩，桩径0.16 m，桩间距1.5m，正方形布置。为对比不同桩长对地基处理的效果，分别考察了桩长为10 m、15 m、20 m和25 m情况下的路面沉降规律。K1+469断面地基的计算域取为45m*45m。半幅路面净宽为22 m，路肩放坡按1：1.5计。

运用通用有限元软件Abaqus模拟时，网格类型均为四边形CPE4R，在地应力平衡时不考虑桩体施工及自重影响，即假设桩土一起变形协调处于初始平衡状态，重点考虑填筑区路堤路面填筑及路面行车荷载（取37.879kPa均布荷载）作用下的变形情况。分析计算过程分地应力平衡、填筑区填筑加载和路面车辆荷载作用三个步骤，在此主要给出加载后竖向变形及路面中心G点竖向位移值。

3.2 模型参数确定

将桩体视为线弹性材料，取弹性模量E=20 GPa计算得到等效模量，泊松比μ=0.2；填筑区填土重度γ=25 kN/m3、弹性模量E=20 MPa，μ=0.3。地基土层的计算参数列于表1。

3.3 数值计算结果分析

填筑区填筑完成时及后续路面车辆加载后土体的竖向位移图如表2所示。从表中可以看出，随桩长由10 m增加到25 m過程中，竖向沉降逐渐减小，在填筑完成时，沉降值由374 mm减小到160 mm；在考虑路面车辆荷载作用后，沉降值由727 mm减小到314 mm。说明桩长从10 m增加到25 m，沉降量减小了一半以上。沉降量中心处最大，随着水平方向及竖直方向延伸数值逐步减小，呈弧形扩散。行车荷载施加后沉降影响范围在水平方向和竖直方向均有所扩大，且沉降量翻倍。

4 结论

（1）通过ABAQUS数值模拟，验证了TC桩处理软土路基的有效性，TC桩能有效减小软土路基的沉降；

（2）软土路基的沉降量受桩长影响较大，25m桩长较10m桩长的沉降量减少一半以上，此时沉降量可满足施工要求。

参考文献：

[1]张军辉.不同软基处理方式下高速公路加宽工程变形特性分析[J].岩土力学，2011，32（04）：1216-1221.

[2]李茂英，曾庆军，莫海鸿等.高速公路拓宽工程沉降控制复合地基优化设计[J].岩土力学，2008，29（02）：535-540.

（基金项目：层状地基的地铁振动传播特性与减振技术研究，江苏省教育厅面上项目，17KJD610003；本论文受“江苏省高校青蓝工程”资助）

作者简介：王嘉（1985-），男，江苏泰州人，硕士，工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作。