金云松 陳衛(wèi)斌 陳啟夫 陳澍洋

(1.玉環(huán)市交通局，浙江 玉環(huán) 317600； 2.玉環(huán)市公路管理局，浙江 玉環(huán) 317600；3.臺(tái)州市交通勘察設(shè)計(jì)院，浙江 臺(tái)州 318020； 4.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，江蘇 南京 210096)

0 引言

公路下立交路段，采用擋土墻進(jìn)行直立收坡是常用形式。在軟土地區(qū)，若要采用此形式，路基的穩(wěn)定性需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格論證。任育林等[1]對(duì)采用樁承的懸臂式擋土墻進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)算其最大撓度；吳曉峰等[2]提出了針對(duì)不同墻身高度下的路基拓寬方案。本文以軟土地區(qū)某公路下立交為例，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件，建立計(jì)算模型，分析擋土墻直立收坡的穩(wěn)定性及路基沉降特性；在此基礎(chǔ)上，在輔道下的新路基中打設(shè)水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處理，分析不同樁基處治方案下的路基土沉降變形特性。研究成果對(duì)于老路拓寬設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

1 工程背景

本工程為雙向六車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，為老路改造。老路橫斷面為三塊板的城市道路斷面，現(xiàn)以兩側(cè)擴(kuò)建方式進(jìn)行改建，新路斷面為“雙向六車道主線+兩側(cè)各5 m寬輔道”。該工程特殊路段為主線下立交路段，下沉通道邊坡采用懸臂式擋土墻直立收坡。

2 數(shù)值計(jì)算模型構(gòu)建

2.1 模型概述

本文對(duì)含樁承式擋土墻的下立交進(jìn)行建模分析。各構(gòu)筑物的模型尺寸為：輔道及人行道部分寬12 m，擋土墻外側(cè)延伸8 m，模型深度根據(jù)地勘報(bào)告而定，擋土墻高為3.5 m。模型示意圖如圖1所示。

在圖1模型基礎(chǔ)上，對(duì)新路基采用水泥攪拌樁法進(jìn)行軟基處理，研究不同樁長(zhǎng)、樁間距下的路基沉降特性,如圖2所示。

2.2 模型計(jì)算參數(shù)確定

2.2.1荷載參數(shù)

行車荷載采用雙圓均布荷載，半徑為10.65 cm。選用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，荷載大小為0.7 MPa。

2.2.2材料物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件，各構(gòu)筑物材料參數(shù)如表1所示。

表1 各構(gòu)筑物材料參數(shù)

模型中各土體的物理力學(xué)參數(shù)主要參照該項(xiàng)目地質(zhì)勘察報(bào)告，如表2所示。

表2 模型土質(zhì)參數(shù)取值表

2.2.3計(jì)算工況

根據(jù)土體參數(shù)建立墻基樁長(zhǎng)分別為6 m～9 m的有限元模型，研究荷載作用下路基區(qū)變形特性。隨后，在拓寬部分的軟基中打設(shè)水泥攪拌樁，變化樁長(zhǎng)及樁間距，考察不同樁基組合下的路基沉降特性。各工況見表3。

表3 變樁長(zhǎng)、變樁距計(jì)算工況 m

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 拼寬路基區(qū)域不做軟基處理時(shí)樁基及路基變形特性

擋土墻下樁基共三排，按與路基邊緣距離大小分為前樁、中樁、后樁。

路基受荷后的變形情況計(jì)算結(jié)果表明，不同樁長(zhǎng)的路基土位移水平差異不大。以樁長(zhǎng)8 m為例，計(jì)算所得路基土水平位移、等效位移如圖3所示。

由圖3可見，路基土最大水平位移位于后樁樁頂后方淤泥質(zhì)土層中，大小為3.5 cm，擋土墻的存在有效的限制了路基土沉降的趨勢(shì)。

不同樁長(zhǎng)條件下，路基表面沉降水平、路基外側(cè)地基土的水平及豎向位移的計(jì)算結(jié)果如圖4～圖6所示。

由上述計(jì)算結(jié)果可得：

1)路基表面最大沉降值為11 cm，出現(xiàn)在中心位置，沉降值由路中至路側(cè)呈線性減少。樁長(zhǎng)由6 m～8 m增大，路基沉降基本無(wú)變化，達(dá)到9 m時(shí)，路基表面最大沉降較前三種情況減小1.5 cm，可見樁長(zhǎng)與路基沉降無(wú)明顯關(guān)系。

2)增加樁長(zhǎng)，路基外側(cè)地基土的豎向位移幾乎無(wú)變化；水平位移在樁長(zhǎng)由6 m增大至8 m時(shí)也幾乎無(wú)變化，增大樁長(zhǎng)至9 m，最大水平位移降低約0.25 cm，故路基外側(cè)土體的水平位移與樁長(zhǎng)無(wú)明顯關(guān)系。

3)路基外側(cè)土體產(chǎn)生的水平移動(dòng)和豎向位移在7 m外基本消除。因此，軟土地區(qū)道路改擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)可據(jù)此考慮路基外一定范圍內(nèi)土體變形對(duì)其中構(gòu)筑物的影響。

3.2 拼寬路基區(qū)域做軟基處理后路基變形特性

本節(jié)在上節(jié)計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，考慮在新路基下的軟土層中打設(shè)水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處置的情況，變化樁長(zhǎng)、樁間距，模擬計(jì)算處治效果。

3.2.1路基沉降特性分析

保持樁間距為1 m，樁長(zhǎng)分別為8 m,10 m,12 m時(shí)，路基沉降的計(jì)算結(jié)果如圖7所示。保持樁長(zhǎng)為10 m，樁間距分別為1.0 m,1.2 m,1.4 m時(shí)，路基沉降的計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

各種樁基處治方案組合下計(jì)算所得路基表面沉降最大值如表4所示。

表4 各處治方案組合計(jì)算所得路基表面沉降最大值

由上述計(jì)算結(jié)果可得：

1)加寬部分不做軟基處理時(shí)，路基表面最大沉降值為10.74 cm；若采用水泥攪拌樁法處理，當(dāng)樁長(zhǎng)為8 m,10 m,12 m時(shí)，最大路基表面沉降值為7.33 cm,6.73 cm,6.04 cm，相比不做處理的情況減小了31.8%,35.7%,43.8%。計(jì)算結(jié)果表明水泥攪拌樁法對(duì)于減少拼寬段路基不均勻沉降的效果顯著。隨著樁長(zhǎng)增加，組合二、三較組合一的消減幅度為8.2%,17.6%，表明增加樁長(zhǎng)并不能大幅提高治理效果。

2)保持樁長(zhǎng)為10 m，樁間距為1.0 m,1.2 m,1.4 m時(shí)，路基沉降計(jì)算曲線基本沒(méi)有區(qū)別，改變樁間距無(wú)法明顯改善沉降治理效果。

3.2.2填土體變形特性研究分析

以樁長(zhǎng)8 m為例，路基水平位移計(jì)算云圖如圖9所示。根據(jù)圖9所示位移情況可見，路基發(fā)生水平位移主要集中在擋土墻墻踵處及附近區(qū)域。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意該區(qū)域采取相對(duì)應(yīng)的加強(qiáng)措施。

保持樁間距為1 m，樁長(zhǎng)分別為8 m,10 m,12 m，路基土最大水平位移如表5所示。

表5 樁間距不變、樁長(zhǎng)改變時(shí)路基土最大水平位移計(jì)算表

保持樁長(zhǎng)為10 m，樁間距分別為1 m,1.2 m,1.4 m，路基土最大水平位移如表6所示。

表6 樁長(zhǎng)不變、樁間距改變時(shí)路基土最大水平位移計(jì)算表

根據(jù)表5,表6可知，若保持樁間距不變而增加樁長(zhǎng)，路基土最大水平位移值減小明顯，消減幅度不斷減小。若保持樁基長(zhǎng)度不變而增大樁間距，路基土水平位移的變化較為不明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)擋土墻直立收坡情況下路基變形特性、拓寬路基部分打設(shè)水泥攪拌樁進(jìn)行聯(lián)合加強(qiáng)的處治效果進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到了以下結(jié)論：

1)擋土墻的存在可以有效地減小路基填筑體向下沉通道中心偏移的作用。

2)受行車荷載和土體自重荷載影響，路基坡腳外側(cè)一定范圍內(nèi)的土體存在位移現(xiàn)象，應(yīng)注意此區(qū)域內(nèi)樁基、管線等重要構(gòu)筑物和設(shè)施的保護(hù)。

3)水泥攪拌樁法對(duì)路基加寬區(qū)域進(jìn)行軟基處理的效果較為顯著，應(yīng)避免無(wú)謂的增加樁長(zhǎng)和布樁密度，有效治理路基沉降的同時(shí)節(jié)省投資。