灰土挤密桩加固软土地区公路路基参数影响分析

张 莉

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030000）

引言

灰土挤密桩作为一种常见的加固路基的方式，近年来，国内学者对此进行了一些研究，于贵等［1-2］分析了灰土挤密桩加固铁路路基的理论不足，通过数值分析和室内试验等手段分析了桩径、桩距、桩长以及桩轴倾角对灰土挤密桩加固效果的影响。王嵩等［3-4］以灰土挤密桩为研究对象，对灰土挤密桩的施工工艺进行了细致分析与研究。刘卫杰等［5-6］以灰土挤密桩加固湿陷性土为研究对象，通过分析其成孔工艺、桩位、桩型材料等，对如何进行施工质量控制提出了意见。

1 工程概况

某软土地区公路路基，原始地表从上至下依次为素填土、粉质黏土①～粉质黏土⑤，厚度依次为6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m。原始地表以上从上至下依次为沥青、水稳、回填土和垫层。该处公路路基拟采用灰土挤密桩复合地基进行处理。路基上表面宽度设计值为14.0 m，高度为2.5 m，坡率按照1 ∶1.5 设计，施工时采用分层铺填碾压的方法。灰土挤密桩长为7 m，桩径为40 cm，桩间距为1.6 m，为了分析探究灰土挤密桩复合地基的处理效果，分析相关参数指标对建成后营运期公路沉降的影响。灰土挤密桩加固见图1。

图1 灰土挤密桩加固结构/m

2 数值建模

采用有限元软件PLAXIS 软件建立的数值模型，见图2。路基的顶部宽度取值为14.0 m，高度为2.5 m，坡率为1 ∶1.5。路堤坡底宽度为10.75 m，模型整体宽度为40 m，模型长度（垂直路基截面方向）取10 m，土基高度为4 m，原始地表从上至下依次为素填土、粉质黏土①～粉质黏土⑤，厚度依次为6 m、5 m、10 m、11 m、6 m 和2.5 m。灰土挤密桩长为7 m，桩径为40 cm，桩间距为1.6 m，建模均采用实体单位模拟。模型除上边界外，其他边界均进行位移约束，模型均采用摩尔-库伦本构模型。土体的力学参数见表1，沥青、水稳、回填土、垫层和灰土挤密桩的物理力学参数见表2。

图2 数值模型

表1 土体的物理力学参数

表2 其他材料的物理力学参数

3 灰土挤密桩加固软土路基参数影响分析

3.1 桩长

桩长变化对沥青面层表面瞬时沉降影响曲线见图3。

图3 路面沉降随桩长变化曲线

由图3 可知，路面中心沉降最大，往两侧依次减小。桩长取11 m、13 m 和15 m 时，路面中心沉降值分别为4.48 mm、4.31 mm 和4.14 mm，相比于桩长取11 m 时，桩长取13 m 和15 m 时沉降分别减小了3.8%和7.6%。随着桩长的增加，沥青面层表面瞬时沉降呈现出线性减小的趋势。

3.2 桩间距

桩间距变化对沥青面层表面瞬时沉降影响曲线见图4。

图4 路面沉降随桩间距变化曲线

由图4 可知，路面中心沉降最大，往两侧依次减小。桩间距取2.4 m、1.6 m 和0.8 m 时，路面中心沉降值分别为5.81 mm、4.87 mm 和4.46 mm，相比于桩间距取2.4 m 时，桩长取1.6 m 和0.8 m 时沉降分别减小了16.2%和23.2%。随着桩间距的减小，沥青面层表面瞬时沉降呈现出减小的趋势，但沉降减小趋势变缓，当桩间距较小时“桩土效应”逐渐显现。

3.3 桩体弹性模量

桩体弹性模量变化对沥青面层表面瞬时沉降影响曲线见图5。

图5 路面沉降随桩体弹性模量变化曲线

由图5 可知，路面中心沉降最大，往两侧依次减小。桩体模量取40 MPa、120 MPa、200 MPa和280 MPa 时，路面中心沉降值分别为5.51 mm、4.47 mm、4.12 mm 和3.92 mm，相比于桩体模量取40 MPa 时，桩体模量取120 MPa、200 MPa 和280 MPa时沉降分别减小了18.9%、25.2%和28.9%。随着桩体模量的增加，沥青面层表面瞬时沉降呈现出减小的趋势，但沉降减小趋势变缓，说明合理的增大桩体模量可以有效减小路面沉降，但考虑到经济效益，桩体模量不宜过大。

3.4 车辆轴载

车辆荷载变化对沥青面层表面瞬时沉降影响曲线见图6，基于规范BZZ-10 标准轴载［7］，以双轮组单轴载100 kN 作为标准轴载，得到标准轴载（0.7 MPa）、1.5 倍标准轴载（1.1 MPa）和2 倍标准轴载（1.4 MPa）时的路面沉降曲线，见图 6。

图6 路面沉降随荷载变化曲线

由图6 可知，路面中心沉降最大，往两侧依次减小。车辆轴载取1.4 MPa、1.1 MPa 和0.7 MPa时，路面中心沉降值分别为4.76 mm、4.61 mm 和4.49 mm，相比于车辆轴载取1.4 MPa 时，车辆轴载取1.1 MPa 和0.7 MPa 时沉降分别减小了3.2%和5.7%。随着车辆轴载的减小，沥青面层表面瞬时沉降呈现出减小的趋势。

4 结语

（1）随着桩长的增加，沥青面层表面瞬时沉降呈现出线性减小的趋势；随着车辆轴载的减小，沥青面层表面瞬时沉降呈现出减小的趋势。（2）随着桩间距的减小，沥青面层表面瞬时沉降呈现出减小的趋势，但沉降减小趋势变缓，当桩间距较小时“桩土效应”逐渐显现。（3）随着桩体模量的增加，沥青面层表面瞬时沉降呈现出减小的趋势，但沉降减小趋势变缓，说明合理地增大桩体模量可以有效减小路面沉降，但考虑到经济效益，桩体模量不宜过大。