灰土挤密桩加固软土地区公路路基参数影响分析

2022-08-05 06:49
山东交通科技 2022年3期
关键词:灰土桩体模量

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。

猜你喜欢
灰土桩体模量
桩体模量和加筋体刚度对路堤稳定性影响分析
某刚架桩受力性能有限元分析
地铁车站支撑拆除对围护结构的影响
灰土挤密桩质量控制措施研究
红黏土路基的动态与静态回弹模量对比分析
分析二灰稳定土底基层配合比设计及使用特性
宋志浩作品赏析
高劲度模量沥青混合料在京台高速车辙维修段的应用
室内回弹模量和回弹再压缩模量试验参数探讨
沥青混合料动态模量比对试验研究