高速公路中水泥搅拌桩沉降规律的研究

杨 华

湖南长沙 410000

水泥搅拌粧复合地基广泛运用于高速公路软基处理中[1]，此方法工期短、工后沉降小，特别适用于桥头软基处理。然而，高速公路中水泥搅拌桩的沉降特性还不明确，在设计与施工过程中带有很大的经验性，因此，加强对高速公路中水泥搅拌桩沉降规律的研究很有必要。

1 工程实例

1.1 工程概况

某高速公路位于洞庭湖平原区，湖泊众多，区内广泛分布有布水田、水塘。该路段所经地区多为湖相沉积软土，软土含水量大、承载力差。该高速桥梁结构物众多，桥头两端填土高度大，为了减小工后沉降，有效防止桥头跳车，在结构物和桥头处采用了水泥搅拌桩复合地基处理软基的方案。水泥搅拌桩设置在构造物两侧30m范围内的软弱土路段内，设计采用等边三角形布桩，桩径为0.5m，桩间距为1.2m，桩长为10～14m不等。

1.2 监测典型断面的选择及仪器埋设

限于篇幅本文仅对该项目4标段的K23+640桥头过渡段 （断面1） 、5标段的K31+960桥头过渡段 （断面2） 进行沉降监测结果分析。

仪器埋设：每个断面的路表布3个沉降板，即路中心布1个，两侧路肩各布置1个；分层沉降管，布1孔，即布置在路堤中心线，每隔8m布置1个沉降观测磁环，以下每2m布置1个，以观测路堤沉降沿深度的分布情况。

1.3 监测结果分析

1.3.1 路表沉降分析

从图1及图2可以看出：沉降随填土高度的增加而增大，即填土初期，路表沉降增长较快，瞬时沉降较大，填土后期，沉降逐渐减小；另路基中心与路肩沉降存在着较大的差异，即路基中心沉降大，路肩沉降较小。

图1 断面1 K23+640时间-荷载-沉降量关系图

图2 断面2 K31+960时间-荷载-沉降量关系图

1.3.2 深层沉降分析

从图3及图4可以看出：最大沉降出现在顶层沉降磁环上，沉降量随着磁环埋深而增加，路基底部沉降逐渐减小。沉降变化明显的区域仅在加固区范围，但桩底深部土层压缩变形量较小。

图3 断面1分层沉降沿深度变化图

图4 断面2分层沉降沿深度变化图

2 数值模拟分析

2.1 有限元模型的建立

利用ANSYS有限元软件对K23+640进行数值模拟分析[2-3]。路基近似为平面应变问题，取半幅路堤作为研究，所加荷载与实际填土荷载基本一致。桩、土、垫层均用plane42单元，桩与垫层近似为线弹性模型，土体模型采用ANSYS中自带的Drucker-prager模型。网格划分由程序半自动完成，边界条件为侧向无水平位移，底边完全固定。

2.2 结果分析

由ANSYS软件生成的结果如图5可以看出，路基最大沉降为167mm，与实测沉降150 mm较为接近，且中心沉降最大，路肩沉降较小，这也与监测结果基本吻合，验证了本文建立的有限元模型是合理的。

图5 K23+640断面竖向位移图

3 结语

水泥搅拌桩能有效减小工后沉降，可有效防止“桥头跳车”。填土初期，路表沉降增长较快，填土后期，沉降逐渐减小，中心沉降比路肩大，路堤施工应注意填筑速率及填筑顺序。加固区的沉降变化明显，但深部土层变形量较小，故桩长并不是越长越好，存在一个最优桩长，设计时应合理取值，减少浪费。ANSYS的数值模拟结果表明本文建立的有限元模型是合理的，可为今后研究提供参考。

[1] 张留俊，王福胜，等. 髙速公路软土地基处理技术[M]. 北京：人民交通出版社，2002.

[2] 郝文化. ANSYS土木工程应用实例[J]. 北京：中国水利水电出版社，2005.

[3] 朱云升，等. 柔性基础复合地基力学性状的有限元分析[J]. 岩土力学，2003，24 （3）：395-400.