公路软土地基质量控制研究范文

《内蒙古公路与运输》2014年第二期

1数值模型建立

1.1数值模型参数确定

根据现场勘测试验结果，土层分布情况如表1所示，计算模型材料参数选取如表2所示。

1.2基数值模型建立

本文中粉喷桩处治公路软基数值分析模型以空间直角坐标系三轴X、Y、Z为基准，地基计算模型尺寸为60m×30m×15m，模型约束条件为:沿路基横断面方向无力学响应，设置为自由端，沿路线纵断面方向施加水平位移约束条件，地基底面部分对所有位移进行约束，计算单元采用有限元模型的单元类型:8节点等参立方体单元C3D8R。模型尺寸示意图如图1所示。

2粉喷桩处治公路软基沉降影响因素分析

2.1粉喷桩桩长对公路软基沉降影响分析为了分析桩长对于粉喷桩处治公路软土地基沉降效果的影响，建立有限元模型，分析不同桩长情况下粉喷桩加固公路软基的沉降控制作用，粉喷桩长度取值分别为5、6、8、10m。不同桩长条件下，粉喷桩加固软基方案中路基顶面最大沉降量计算结果如表3所示，沉降随桩长变化曲线如图2所示。分析以上计算数据可以得出:①桩体穿透软土层后路基沉降量随桩长增加逐渐减小，但变化幅度相对较小，桩长每增加2m，路基沉降量减小约1.7%～10.0%，桩体未穿透软土层时，桩长每增加2m，路基沉降量减小约20.5%～27.5%。②当粉喷桩穿透软土层2m后，随着桩长增加路基沉降基本保持不变，因此，当桩体穿透软土层后继续增加桩长对于减小路基沉降量的作用有限，粉喷桩加固公路软基方案设计时，为了增强经济性与合理性，桩长设计穿透软土层到达持力层即可。

2.2粉喷桩桩间距对公路软基沉降影响分析为了分析桩间距对于粉喷桩处治公路软土地基沉降效果的影响，采用本文建立的有限元模型对路基沉降量进行计算，分析不同桩间距情况下粉喷桩加固公路软基的沉降控制作用，不同工况中取值分别为1.0、1.5、1.8、2.0、2.5、3.0m，桩径取值为0.5m，不同桩间距条件下，粉喷桩加固软基方案中路基顶面最大沉降量计算结果如表4所示，沉降随桩间距变化曲线如图3所示。①桩间距对粉喷桩处治公路软基方案的沉降控制效果影响显著，随着桩间距增加，路基顶面沉降量增长速率逐渐加快，桩间距每增加0.5m，路基沉降量增加约51.1%～118.7%。②当桩间距大于2.0m后，路基沉降量随桩间距变化曲线斜率逐渐增加，说明桩间距大于2.0m时路基沉降对桩间距变化更为敏感，且沉降量均大于10cm，粉喷桩对于沉降控制效果相对较小。③桩间距是影响粉喷桩处治公路软基方案沉降控制效果的主要因素，进行方案设计时应重点考虑粉喷桩平面布置形式。

2.3粉喷桩桩径对公路软基沉降影响分析为了分析桩径对于粉喷桩处治公路软土地基方案沉降控制效果的影响，采用本文建立的有限元模型对三种工况下的路基沉降量进行计算，分析不同桩径条件下粉喷桩加固公路软基的沉降控制效果，粉喷桩径取值分别为0.3、0.5、0.6、0.8、1.0m，桩间距取值分别为1.5、2.0、2.5m，不同桩径条件下粉喷桩加固软基方案路基顶面最大沉降量计算结果如表5所示，沉降随桩间距变化曲线如图4所示。分析以上计算结果可以得出:①随着桩径增加，路基顶面最大沉降量呈减小趋势，桩径由0.3m增大到1.0m，路基顶面沉降量由7.2～16.7cm减小到3.1～9.8cm。②桩径小于0.6m时，路基沉降量随着桩径增加而减小的速率较大，桩径每增加0.1m，路基沉降减小约12.0%～14.5%，桩径大于0.6m时，桩径每增加0.1m，路基沉降减小约3.1%～5.3%，桩径大于0.6m后，继续增大桩径对于降低沉降量的作用不明显。③桩径对于粉喷桩处治公路软基方案沉降控制效果的影响相对较小，实际工程中，为了增强处治方案的经济性与合理性，粉喷桩桩径应控制在0.6m左右。

2.4桩间土承载力对公路软基沉降影响分析为了分析桩间土承载力对于粉喷桩处治公路软土地基方案沉降控制效果的影响，采用本文建立的有限元模型对路基沉降量进行计算，本文地基土压缩模量根据现场测试实验结果取值为16MPa，计算不同桩间土承载力对公路软基沉降影响作用时，地基土压缩模量取值分别为12、16、20、24MPa，粉喷桩径取值为0.5m，桩间距取值分别为1.5、2.0、2.5m，不同桩间土承载力条件下粉喷桩加固软基方案路基顶面最大沉降量计算结果如表6所示，沉降随桩间土承载力变化曲线如图5所示。分析以上计算数据可以得出:①随着桩间土压缩模量增加，路基顶面最大沉降量呈减小趋势，桩间土压缩模量由12MPa增大到24MPa，路基顶面沉降量由6.8～14.8cm减小到2.6～8.5cm。②桩间土压缩模量小于20MPa时，路基沉降量随着桩间土模量增加而减小的速率相对较大，桩间土模量每增加1MPa，路基沉降减小约4.1%～7.2%，桩间土压缩模量大于20MPa时，桩间土模量每增加1MPa，路基沉降减小约3.3%～4.7%，当桩间土压缩模量较低时，桩间土承载力的变化对路基沉降影响相对较大。③桩间土承载力也是影响粉喷桩处治公路软基方案沉降控制效果的主要因素之一，制定粉喷桩布置方案时，应同时考虑桩间土承载力的影响，当桩间土压缩模量大于20MPa时，可适当增大桩间距。

3结语

①系统分析了粉喷桩加固公路软基机理，在此基础上结合依托工程建立了三维有限元数值仿真模型，对典型工况下的软土地基－粉喷桩－填方路基系统进行模拟，为粉喷桩处治公路软基沉降效果分析奠定基础。②有限元数值计算结果表明，当桩径为0.5m，桩间距小于1.5m时，路基顶面最大沉降量均小于10cm;桩间距小于2.5m时，路基顶面最大沉降量均小于20cm。③对粉喷桩处治公路软基方案沉降质量控制效果影响作用最显著的是桩间距，其次是桩径和桩间土承载力，桩长对粉喷桩处治路基沉降效果影响相对较小。④在实际工程中，可根据具体路段的差异沉降控制标准确定允许的沉降差值，以不同桩间距布置方案的沉降差为依据，确定粉喷桩处治方案的具体桩间距布置形式，将路基差异沉降控制在预定目标范围内，达到主动控制的目的。

作者：马立文梁世斌单位：阿拉善盟公路工程质量监督站 内蒙古自治区交通运输厅职业资格中心