高速公路拓宽工程软土地基处理方案比选_王彩莉.pdf

-103-高速公路拓宽工程软土地基处理方案比选王彩莉（山西辰润交通科技有限公司，山西 晋中 030600）摘要：以某高速公路拓宽项目为研究对象，提出了CFG桩、粉喷桩及碎石桩3种可行性地基处理方案，采用有限元软件建立拓宽路基计算模型，并针对不同地基处理方案的路基水平位移、竖向沉降及地基沉降变化规律进行对比分析。结果表明：采用CFG桩、粉喷桩及碎石桩处理软土地基后，路基最大水平位移值、最大沉降值以及地基顶面最大沉降值均有所减小，其中采用粉喷桩处理对路基水平、竖向变形以及地基竖向变形控制效果显著，而采用 CFG 桩和碎石桩处理对路基水平、竖向变形以及地基竖向变形控制效果相对较差，说明该高速公路拓宽项目采用粉喷桩处理软土地基为最优处治方案。关键词：高速公路；拓宽路基；地基处理；沉降中图分类号：U416.1 文献标识码：BComparison and selection of soft land foundation treatment scheme for highway widening projectWANG Caili（Shanxi Chengrun Transportation Technology Co.,Ltd.,Shanxi Jinzhong 030600 China）Abstract:This paper with a highway widening project as the research object,put forward the CFG pile,powder spray pile and gravel pile three feasible foundation treatment scheme,using finite element software to widen the subgrade calculation model,and for different foundation treatment scheme of subgrade horizontal displacement,vertical settlement and foundation settlement change law of comparative analysis.The results show that after using CFG pile,powder spray pile and gravel pile,the maximum horizontal displacement,maximum settlement value and foundation top,powder spray pile and foundation vertical deformation control effect,and the CFG pile and gravel pile for subgrade level,vertical deformation and foundation vertical deformation control effect is relatively poor,thus shows that the highway widening project using powder spray pile treatment soft land foundation is the optimal treatment scheme.Key words:highway;widening the roadbed;foundation treatment;settlement引言我国软土类型较为丰富，针对不同软土类型需设计不同地基处理方法，合理的处理方法不仅可以降低施工难度和成本，还可有效保证路基稳定性1-4。田昱和夏彬5研究了水泥搅拌桩在高速公路软基处理中的应用，通过实践发现水泥搅拌桩技术可以有效改善软土路基状况，提升路基整体强度和刚度，处理后满足要求。胡好枝和肖光电6对其软基处理过程中振动挤密砂桩技术的具体应用进行分析，发现软基处理中振动挤密砂桩施工技术合理可行。关于单一软基处理方法的应用效果研究相对较多，而关于多种软基处理方法的加固效果综合比选研究相对较少。1 工程概括某高速公路改扩建项目全长 32.56 km，位于山地向丘陵的过渡地区，地势起伏频繁，相对高差较大，地形条件较为复杂。气候属于亚热带温暖湿润气候，年降水量约 900 mm，平均相对湿度为 80%。地下水较为丰富，水位相对较高，且地表水位发育受季节性影响较大，对表层岩石土体强度影响极为明显。勘测结果显示全线地基均为软土路段，大部分路段软弱土层厚度均在 4 12 m 之间，少部分路段软弱土层厚度达到 16 m，土层分布由上至下依次为 3 m厚粉质黏土层，4 m厚淤泥质黏土层，3.5 m厚软土层，5.5 m 厚下伏基岩层。原设计为双向四车道，路面宽25.5 m，计划在原有道路两侧进行对称加宽 8.25 m，车道变为双向八车道，路面宽度增至 42 m。加宽路基施工采用分层填筑，分四层施工，每层填筑时间收稿日期：2022-06-17作者简介：王彩莉（1986），女，山西榆次人，工程师。王彩莉：高速公路拓宽工程软土地基处理方案比选-104-为 30 d，新路基底部采用 50 cm 砂垫层处理，软基处理采用碎石桩。加宽路基截面见图 1。1612.75 老路基新路基粉质黏土下伏基岩淤泥质黏土软土层8.25 11.5图 1 拓宽路基截面/m52 方案设计考虑软弱土层各项基本指标，以及软土分布情况、新路基施工难度和工期等因素的影响，并依照对路段工后沉降控制的设计原则，提出以下 3 种可行性地基处理方案进行比选，见表 1。表 1 软土地基处理设计方案处理方案设计方案说明CFG 桩平面正方形布置方式，桩径 40 cm，间距 2 m，配筋混凝土桩帽，桩底嵌入持力层超 1 m 深度。粉喷桩正方形布置方式，桩径 50 cm，间距 1.5 m，横向布置 12 根，桩底嵌入持力层超过 0.5 m 深度。碎石桩等边三角形置方式，桩径 50 cm，间距 2 m，横向布置 9 根，桩底嵌入持力层超过 0.5 m 深度。3 建立模型采用有限元软件 PLAXIS 建立高速公路拓宽路基数值模型，模型中网格划分采用高精度的 15 节点三角形单元，共包含 369 个单元和 387 个节点，有限元模型见图 2。图 2 有限元模型计算模型中老路基填土、地基土体及砂垫层均采用摩尔-库伦模型模拟，新路基填土采用线弹性模型，分析时计算模型简化为平面应变模型。假定土体、桩体在竖向具有相同压缩应变，且等效桩均匀受压，各层材料为均质、连续，且完全黏合，路基和地基均为理想弹塑性体，新旧路基拼接处接触连续，无滑移与脱落现象。边界条件采用标准固定边界，对模型底部施加水平向、竖直向位移约束，在模型两侧施加水平向位移约束，竖直向位移自由，模型上部水平向、竖直向位移自由。土体计算参数见表 2。表 2 土体计算参数土层类别容重/（kNm-3）弹性模量/MPa泊松比原路基19.0300.22新路基21.0250.26粉质黏土18.0350.28淤泥质黏土17.8280.32软土层18.580.35基岩层22.030 0000.304 结果与分析4.1 路基水平位移新路基表面及新旧路基结合处的最大水平位移对比分析见图 3。新路基表面新旧路基结合处地基处理方式最大水平位移/mm131211109876未加桩 CFG 桩 粉喷桩 碎石桩图 3 水平位移变化曲线由图 3 可知，采用 CFG 桩、粉喷桩及碎石桩处理软土地基后，路基顶面水平位移均有所减小，说明 3 种地基处理方式均可有效控制路基水平变形。相对于未加桩处理的路基水平位移而言，采用 CFG桩、粉喷桩及碎石桩处理的新路基表面最大水平位移值分别降低了 2.7 mm、3.5 mm 和 1.4 mm，新旧路基结合位置的最大水平位移分别降低了 1.8 mm、2.4 mm 和 1.3 mm，其中采用粉喷桩处理的路基最大水平位移值下降最为明显，其次是采用 CFG 桩处理的软土路基，而采用碎石桩处理的路基最大水平位移下降幅度最小，说明对于控制路基水平变形而言，采用粉喷桩处治软土地基效果要优于 CFG 桩和碎石桩处治。4.2 路基沉降新路基表面及新旧路基结合处的最大沉降值对比分析见图 4。2022 年第 6 期山东交通科技-105-新路基表面新旧路基结合处地基处理方式路基最大沉降值/mm454035302520未加桩 CFG 桩 粉喷桩 碎石桩图 4 路基沉降变化曲线由图 4 可知，采用 CFG 桩、粉喷桩及碎石桩处理软土地基后，路基顶面最大沉降值均有所减小，说明 3 种地基处理方式均可有效控制路基竖向变形。相对于未加桩处理的路基最大沉降值，采用 CFG 桩、粉喷桩及碎石桩处理的新路基表面最大沉降值分别降低了 7.5 mm、9.2 mm 和 3.9 mm，新旧路基结合位置的最大沉降值分别降低了 4.4 mm、5.8 mm 和 2.9 mm，其中采用粉喷桩处理的路基最大沉降值下降最为明显，其次是采用 CFG 桩处理的软土路基，而采用碎石桩处理的路基最大沉降值下降幅度最小，由此说明，对于控制路基竖向变形而言，采用粉喷桩处治软土地基效果要优于 CFG 桩和碎石桩处治。4.3 地基沉降新地基表面及新旧路基结合处的最大沉降值对比分析见图 5。新路基表面新旧路基结合处地基处理方式地基最大沉降/mm605550454035302520未加桩 CFG 桩 粉喷桩 碎石桩图 5 地基沉降变化曲线根据图 5 可知，采用 CFG 桩、粉喷桩及碎石桩处理软土地基后，地基顶面最大沉降值均有所减小，说明3种地基处理方式均可有效控制地基竖向变形。相对于未加桩处理的地基最大沉降，采用 CFG 桩、粉喷桩及碎石桩处理的新地基顶面最大沉降值分别降低了 13.7 mm、16.2 mm 和 9.1 mm，新旧路基结合位置的最大沉降值分别降低了 7.3 mm、8.7 mm 和 4.2 mm，其中采用粉喷桩处理的地基最大沉降值下降最为明显，其次是采用 CFG 桩处理的软土路基，而采用碎石桩处理的地基最大沉降值下降幅度最小，由此说明，对于控制地基水平变形而言，采用粉喷桩处治软土地基效果要优于 CFG 桩和碎石桩处治。5 结语（1）采用 CFG 桩和粉喷桩处理的路基最大水平位移可降低 2.7 mm 和 3.5 mm，而采用碎石桩处理的路基最大水平位移仅降低 1.4 mm，说明 CFG 桩和粉喷桩对于控制路基水平变形效果更优。（2）采用粉喷桩处理的路基最大路基沉降值可降低 9.2 mm，效果较优，而采用 CFG 桩和碎石桩处理的路基最大沉降值分别降低了 7.5 mm 和 3.9 mm，效果相对较差。（3）采用 CFG 桩、粉喷桩及碎石桩处理软土地基后，地基顶面最大沉降值均有所减小，其中采用粉喷桩处理的地基最大沉降值下降最为明显，而采用 CFG 桩和碎石桩处理的地基最大沉降值下降幅度较小，说明采用粉喷桩处治效果要优于 CFG 桩和 碎石桩。参考文献：1 雷晓平,樊恒辉.强夯法与土壤加固剂联合处理某高速公路地基方案研究J.居舍,2019（3）:191,163.2 赵霄.高速公路工程施工中软土地基处理技术研究J.工程建设与设计,2021（13）:208-210.3 杨晓华,张建伟,张莎莎,等.黄土地区高速公路地基处理技术研究进展J.长安大学学报（自然科学版）,2022,42（1）:16-32.4 郎志伟.东港高速公路软土地基处理技术与综合评判研究D.沈阳:沈阳建筑大学,2017.5 田昱,夏彬.水泥搅拌桩技术在高速公路软基处理中的应用J.交通建设与管理,2021（1）:62-63.6 胡好枝,肖光电.振动挤密砂桩施工技术在高速公路软基处理中的应用J.交通世界,2020（28）:29-30.