水泥搅拌桩各参数对软弱路基沉降的影响分析

王松

摘要 水泥搅拌桩作为软土地基加固常用的处理技术，具有振动小、污染少、对周边环境影响小、加固效果好等优点，在公路项目软土路基加固中得到了广泛应用。为了有效探究各项技术指标对水泥搅拌桩加固效果的影响，文章依托某公路项目软基处理施工实践，借助有限元分析模型及正交试验系统分析了水泥搅拌桩各项参数对软土路基加固效果的影响情况。结果显示：（1）各项技术参数对软弱路基沉降影响程度如下：桩长l＞樁径D＞桩体模量E＞桩间距S；（2）根据项目具体状况，推荐搅拌桩技术参数为桩长21 m，桩径0.5 m，桩体模量30 GPa，间距2.5 m；此工况下路基沉降最大值为?6.272 cm，符合规范及设计标准要求。希望相关研究成果可为同类工程提供参考和借鉴。

关键词 公路工程项目；软土路基；水泥搅拌桩；参数影响分析

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）14-0084-03

0 引言

公路项目建设环境复杂、地质状况较差，施工中极易遭遇软弱地基等不良地质条件，如软土、湿陷性黄土等，显著增大施工困难，若处治不当极易引发路基沉陷等质量病害，严重影响道路使用性能，威胁行车安全。特别对于软土路基，其处治难度更大，如何科学提升软基加固效果，防止路基沉陷产生已成为目前亟须解决的问题[1]。为此，该文结合实际工程案例，针对水泥搅拌桩各项参数对软弱路基沉降的影响展开综合探究，以期能有效提升软基加固处理效果，保证公路建设质量。

1 工程概况与试验方法

1.1 工程概况

某公路项目为城市主要交通要道，设计宽度24.0 m。道路规划区域内分布大量水田。地质勘查报告显示，此路段土层自上而下依次为种植土、淤泥质黏土、粉质黏土。其中种植土色泽呈灰褐色，以黏性土为主，内部存在少许植物根系，土质疏松，土层厚度为0.8～0.9 m；淤泥质土呈流塑状，深度为10.0～16.8 m；而粉质黏土色泽呈灰黑色，主要是由灰岩风化形成，硬塑状。路基填筑高度达7.0 m，需对地基实施补强加固。

1.2 试验方法

影响水泥搅拌桩加固效果的因素较多，如果对各种因素实施逐一分析，需耗费较多时间、物力与财力，且由于条件较为有限，难以开展现场试验。为此，该文借助有限元分析模型及四因素三水平（L9（34））正交试验对各项指标参数对加固效果的影响实施分析[2-3]。该研究模型选用修正的摩尔—库伦模型（MMC），此模型能较为全面地显示路基沉降情况。

软基整体模型及水泥搅拌桩布设情况如图1～2所示。正交试验各指标及水平取值如表1所示。

路基沉降作为公路项目施工质量控制的主要指标，常以此来评价道路工后沉降能否满足标准要求[4]。该试验以软土路基为试验对象，因此在路基表面中心位置选择一点进行沉降检测分析。借助有限元软件Midas-GTS-NX分别对9次正交试验试试模拟分析。具体方案设计及模拟结果如表2所示：

2 试验结果与讨论

2.1 极差分析

按照试验求出各种因素条件下同一水平作用软基沉降总和，并按照式（1）求出各影响因素下的极差，具体结果如表3所示。

式中，Ri——各因素条件为i（i=1、2、3）的沉降和；P——极差。

如果极差较大，表明此因素在不同条件下对试验结果影响较大，为关键因素；而如果极差较小，则表明此因素在不同条件下对试验结果影响较小，为非关键因素。通过表3能够看出，Pl＞PD＞PE＞PS，充分表明桩长l对软基沉降影响最大，属关键因素；桩间距S对软基沉降影响最小，属非关键因素。

2.2 趋势图分析

根据表3相关数据，通过计算得到各因素在不同条件下的路基沉降均值，并画出对应的变化趋势图，具体如图3所示。

通过图3能够看出，桩长l发生变化时，路基沉降变化趋势最大，因此桩长l为路基沉降的关键影响因素。而其余几种因素发生变化时，软土路基沉降变化趋势较小，试验过程中难以判定其对软土路基沉降变形的影响，属非关键因素。

2.3 方差分析

极差与趋势图分析法具有简便、快捷、直观等优点，但无法得出试验偏差，因此可采用方差分析法实施深入研究[5]。采用正交表ln（J m）组织试验，各试验数据记作Zi=（i=1，2，3，……，n）。

2.3.1 总离差平方和

总离差平方ST和主要包括试验误差离差平方SE和及各因素离差平方和SY两部分，其中SE主要表征试验误差导致的数据变化，SY主要表征因素水平变动造成的数据变化。总离差平方和ST可通过式（2）求得：

以因素A为例，其离差平方和可通过式（3）求得：

其中，为因素A的第i个水平r次试验结果之和。

由于，故试验误差离差平方和可通过下式（4）求得：

其中（A、B、......、M表示因素）。

2.3.2 自由度

总自由度：fT=n?1；

各因素自由度：f=j?1；

试验误差自由度：fE=fT?f。

2.3.3 均方计算

对于试验项数影响主要利用求平均离差平方和方式逐项排除[6]。现以因素A为对象实施分析，因素平均离差平方和可通过式（5）求得：

试验误差平均离差平方和可通过式（6）求得：

F值与显著性检验：F为因素平均离差平方和与试验误差平均离差平方和二者之间的比值，即：

利用显著性检验能够准确判定各种因素对检测结果的敏感程度[7-8]。针对指定的检测标准a，通过查表找出临界点Fa（ fA， fE），然后对计算值与临界值实施比较，若F>Fa（ fA， fE），表明此因素对检测结果较为敏感；若F

通过表4能够看出，软土路基沉降对各种因素敏感程度如下：桩长l＞桩径D＞桩体模量E，即桩体长度对软基沉降影响最大，桩径D及桩体模量E影响较小。相较于极差法与趋势图法，方差法得到的试验结果更加精确。

2.4 优化水泥搅拌桩参数条件

由上述各种分析结果能够看出，各种因素对软土路基影响程度依次如下：桩长l＞桩径D＞桩体模量E＞桩间距S。根据相关实践经验，并兼顾成本、技术等各方面因素，推荐路基沉降加固施工时，水泥搅拌桩桩长为21 m、桩径为0.5 m、桩体模量为30 GPa、桩间距为2.5 m，此工况下路基沉降及侧向位移最大值分别为?6.272 cm和1.556 cm，符合规范及设计标准要求。具体沉降及位移云图如图4～5所示。

3 结论

综上所述，该文依托实际工程实践，借助有限元分析模型及正交试验，对水泥搅拌桩各项参数对软土路基加固效果的影响展开综合分析，得出如下结论：

（1）水泥搅拌桩各技术参数对软弱路基沉降影响程度如下：桩长l＞桩径D＞桩体模量E＞桩间距S。

（2）根据项目具体状况，并兼顾成本、技术等各方面因素，推荐路基沉降加固施工时，水泥搅拌桩桩长为21 m、桩径为0.5 m、桩体模量为30 GPa、桩间距为2.5 m，此工况下路基沉降及侧向位移最大值分别为?6.272 cm和1.556 cm，符合规范及設计标准要求。

（3）相较于侧向位移，路基沉降较大，因此实际施工时应重点针对路基沉降实施控制，以有效降低差异性沉降，在不影响道路正常使用情况下可忽略侧向位移影响。

参考文献

[1]秦俊杰. 论水泥搅拌桩在软基处理中的应用[C]//上海筱虞文化传播有限公司， 中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会. Proceedings of 2022 Shanghai Forum on Engineering Technology and New Materials（ETM2022）（VOL. 1）， 2022： 201-203.

[2]曹晓宇. 水泥搅拌桩加固软土路基与试验检测技术研究[J]. 中国高新科技， 2022（24）： 52-53+61.

[3]席志龙， 马妍， 田泽宇. 高速公路软土路基沉降预测方法研究[J]. 测绘与空间地理信息， 2020（3）： 204-207.

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[5]余昌平， 甄光磊， 王文杰. 软土路基沉降预测对项目成本影响的技术研究[J]. 公路， 2020（10）： 35-39.

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