基于正交试验的PHC桩网复合地基沉降的影响因素分析

2021-07-15张涵实李海峰刘宇辰

黑龙江交通科技 2021年6期

张亮，张涵实，李海峰，刘宇辰

(1.天津市公路事业发展服务中心，天津 300301；2.河北工业大学土木与交通学院，天津 300401；3.天津高速公路集团有限公司，天津 300384)

0 引言

软土地基高填方路基工程对地基承载力和控制沉降具有很高的要求，采用桩网协同作用的PHC桩网复合地基，是一种有效提高地基承载能力、控制地基沉降并减小工后沉降的加固方法。对桩网复合地基沉降影响的因素有许多，如：桩长、桩径、桩间距、桩帽、垫层厚度、垫层模量等。正交试验是一种分析各种影响因素的常用方法，为了进一步分析PHC桩网复合地基沉降影响因素，为优化PHC桩网复合地基设计提供参考，本文采用正交试验探讨了影响沉降的主要因素及其主次性，进而得出基于最小地基沉降效果的PHC桩网复合地基最优设计参数优化。

1 正交试验方法

1.1 正交试验方法概述

对于影响因素较少的实验，采用全面实验的方式分析计算规模并不大，具有一定的可行性。但实验因素较多时，考虑到所需实验次数过多，时间较长等条件限制，进行全面实验不仅不现实而且可实施性较差。如果运用数学摆列方程的方法去优化相关设计参数其计算过程又繁琐且任务重。因此本文采用正交试验方法对PHC桩网复合地基的沉降影响因素进行分析。

1.2 计算Mij与Rj

在正交实验中首先明确三个名称的含义，(1)目标：所需要考察的结果；(2)因素：对考察目标产生的影响；(3)水平：各因素不同的条件。设A，B……表示不同的因素，q表示各因素水平数；Aj表示A因素的第i个水平(i=1，2，3……q)；Aij表示j因素的第i个水平的值(j=A，B……，i=1，2……，q)，Yij表示j因素在第i个水平下的试验结果，Yij服从正态分布的随机变量。Aij进行n次试验得到n个结果定义为Yijk(k=1，2……，n)。

Mij作为正交试验结果统计的关键参数之一，其表示因素j在i水平下n次试验的平均值，如公式(1)所示。

(1)

极差Rj作为另一个重要参数，其主要作用是用来评判因素对优化目标影响的主次性。当某因素的极差Rj值愈大则证明目标受该因素的影响愈大，反之亦然。极差Rj值的计算方法，如公式(2)所示。

Rj=max{M1j,M2j,M3j,…,Mqj}-min{M1j,M2j,M3j,…,Mqj}

(2)

2 PHC桩网复合地基正交试验方案

2.1 正交试验因素和水平

根据有限元的计算模拟结果及上述正交试验原理，结合天津滨海新区津沽公路桥头引道路堤的综合地基处理工程建设，选择对沉降影响较大的因素进行正交试验，综合对比后选取桩长、桩径、桩间距、垫层厚度、垫层模量5个影响因素，各选取四个水平绘制因素水平表，如表1所示。

2.2 正交试验方案

本文选用5因素4水平正交试验，选择正交试验表L16(45)，得到关于PHC桩网复合地基参数优化设计的正交试验方案，如表2所示。

表2 PHC桩网复合地基参数优化正交试验方案

3 正交实验结果与分析

依次分别对16种PHC桩网复合地基模型进行分析，主要采集加固区表面、加固区中心(距地基面中心7 m)两个断面中心点的沉降值，得出加固区表面、加固区中心面处沉降正交试验极差分析结果，如表3、表4所示。

表3 加固区表面沉降正交实验极差分析

从表3和表4的沉降试验结果及正交试验极差分析结果可知：(1)各因素对加固区表面中心的沉降影响的主次性为：桩长>垫层厚度>桩径>桩间距>垫层模量，加固区表面位置设计参数最优组合为A2B1C3D4E2，桩长14 m、桩径为0.4 m、桩间距为2.8 m、垫层厚度取0.8 m、垫层模量为80 MPa。(2)各因素对加固区中心的沉降影响的主次性为：桩长>垫层厚度>桩径>桩间距>垫层模量，加固区位置设计参数最优组合为A1B3C3D4E2，桩长12 m、桩径为0.6 m、桩间距为2.8 m、垫层厚度取0.8 m、垫层模量为80 MPa。