1、作 者 简 介：吴 涛（），男，江 西 宜 春 人，大 学 本 科，工 程 师，主 要 从 事 公 路 工 程 管 养 工 作。多层软土公路地基沉降及加固技术研究吴涛，曾林（宜 春 公 路 勘 察 设 计 院，江 西 宜 春，）摘要：软 土 地 区 公 路 地 基 沉 降 控 制 是 公 路 设 计 中 的 难 题，为 明 确 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 对 软 土 地基 沉 降 的 影 响 规 律，文 章 采 用建 立 有 限 元 计 算 模 型，对 加 固 前 后 的 地 基 沉 降 进 行 研 究，得到 结 论：采 用 预 应 力 管 桩 加 固 的 地 基，在 路 堤 范 围
2、内 能 有 效 减 小 地 基 沉 降，在 路 堤 范 围 外 能 有 效 抵抗 隆 起；在 未 采 用 预 应 力 管 桩 进 行 加 固 时，地 基 土 水 平 位 移 最 大 值 出 现 在 距 路 堤 中 心处，但 当采 用 预 应 力 管 桩 加 固 后，由 于 预 应 力 管 桩 对 地 基 土 水 平 位 移 的 限 制，在 靠 近 预 应 力 管 桩 加 固 的 边缘，地 基 土 的 水 平 位 移 才 达 到 峰 值；增 加 桩 长、减 小 桩 间 距、增 加 填 土 的 密 度 和 内 摩 擦 角，设 置 桩 帽等 措 施 都 可 以 有 效 减 小 软 土 地 基 的 沉
3、 降；桩 身 刚 度 及 格 栅 抗 拉 强 度 并 不 会 对 软 土 地 基 的 沉 降 产 生显 著 影 响，故 对 软 土 地 基 进 行 加 固 时，可 以 选 用 刚 度 较 低 的 桩 身 和 抗 拉 强 度 较 低 的 格 栅。关 键 词：软 土 地 基；预 应 力 管 桩；加 固 技 术；沉 降 规 律前言软 土 在 我 国 广 泛 分 布，当 在 软 土 地 区 修 建 公 路时，地 基 沉 降 控 制 就 显 得 尤 为 重 要。关 于 降 低 软 土 地 基 的 沉 降，可 以 采 用 在 软 土 中加 入 桩 或 板 来 降 低 软 土 地 基 的 沉 降，如 刘 杰
4、、贺玉 平等 研 究 了 在 软 土 中 加 入 支 撑 结 构 物 来 对 地基 沉 降 进 行 控 制，发 现 在 软 土 层 中 嵌 入 竹 节 桩 或 者微 型 预 制 桩 可 有 效 减 少 软 土 地 基 的 沉 降 并 显 著 提高 软 土 地 基 的 承 载 力，代 茂 华研 究 了 土 工 合 成 材料 柔 性 碎 石 桩 对 软 土 地 基 变 形 的 影 响，发 现 采 用 该种 加 固 方 法 可 以 有 效 减 小 软 土 地 基 的 不 均 匀 沉 降。还 可 以 采 用 提 高 软 土 地 基 自 身 强 度 的 方 法 来 减 小地 基 沉 降，如 韩 中 原、
5、张 小 飞等 采 用 预 压 法 对软 土 地 基 进 行 加 固，发 现 当 排 水 板 渗 透 系 数 大、排水 板 间 距 小、真 空 压 力 沿 深 度 衰 减 率 小 时，真 空 联合 堆 载 预 压 加 固 地 基 效 果 很 好。还 有 许 多 学 者 采用 化 学 改 良 的 方 法 对 软 土 地 基 进 行 加 固，如 李 岳峰、刘 蓥 蓥、刘 爽等 采 用 了 水 泥 对 软 土 地 基进 行 了 加 固，研 究 发 现 水 泥 对 于 软 土 地 基 加 固 十 分适 用，能 显 著 降 低 工 后 沉 降，且 与 其 他 加 固 技 术 相比，其 具 有 明 显 的
6、技 术 优 势。但 学 者 们 对 预 应 力 管桩 加 固 软 土 地 基 的 研 究 相 对 较 少，该 方 面 的 研 究 鲜有 报 道。基 于 此，本 研 究 通 过 采 用建 立 有 限 元计 算 模 型，对 预 应 力 管 桩 加 固 软 土 地 基 的 加 固 效 果进 行 研 究，研 究 成 果 可 为 预 应 力 管 桩 对 软 土 地 基 的加 固 设 计 提 供 技 术 参 考。工 程 概 况 及 模 型 建 立 工 程 概 况本 研 究 以 某 市 新 建 公 路 为 研 究 对 象，该 项 目 采用 双 向车 道 标 准 建 设，设 计 时 速 为，整 体式 路 基
7、宽 度 为。由 于 新 建 公 路 所 处 地 貌 为 内 陆冲 击 平 原，且 有 河 流 位 于 新 建 公 路 的 南 北 两 侧，其地 层 主 要 由 淤 泥 堆 积 而 成，故 采 用 预 应 力 管 桩 复 合地 基 工 艺 对 软 土 地 基 进 行 加 固。模 型 建 立为 研 究 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 对 软 土 地 基 的 加固 效 果，采 用建 立 计 算 模 型，鉴 于 公 路 路 基对 称 性，模 型 尺 寸 选 择 其 中 一 半 进 行 模 拟，新 建 模型 如 图所 示，土 层 地 质 参 数 见 表，预 应 力 管 桩 材表地 层 参 数土 层容
8、 重饱 和 容 重?渗 透 系 数压 缩 模 量 泊 松 比粘 聚 力 内 摩擦 角 厚 度 填 土 碎 石 粘 土 粉 土 粉 质 粘 土 粉 砂 土 图有 限 元 模 型 建 立料 参 数 见 表。采 用 单 元 体 试 验 参 数 繁 衍 的 方 法 进行 模 型 校 核，然 后 对 计 算 模 型 设 置 边 界 条 件，将 上 边界 设 置 为 排 水，水 平、竖 直 方 向 自 由；将 左 右 两 侧 边界 设 置 为 不 排 水，水 平 约 束；下 边 界 设 置 为 不 排 水，水 平、竖 直 方 向 约 束。地 下 水 位 线 位 于 地 基 表 面 以下 的 位 置。表桩
9、体 桩 身 材 料 参 数抗 拉 刚 度 抗 弯 刚 度 直 径重 度 泊 松 比桩 体 桩 帽 采 用 控 制 变 量 法 研 究 桩 间 距，桩 长 等 参 数 对 地基 沉 降 及 隆 起 的 影 响，明 确 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 对软 土 地 基 变 形 的 影 响 规 律。试 验 结 果 与 分 析 加 固 前 后 位 移 对 比 分 析采 用 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 对 软 土 地 基 进 行 加 固前 后 的 沉 降 如 图所 示，采 用 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 加固 后，在 路 堤 范 围 内，地 基 沉 降 显 著 减 小，在 路 堤 范
10、围 外，也 能 够 显 著 减 小 地 面 隆 起。此 外，由 于 预 应 力桩 的 存 在，路 基 荷 载 传 至 地 基 上 以 后，预 应 力 桩 之 间存 在 土 拱，路 基 的 荷 载 大 部 分 由 桩 进 行 承 担，故 相 较于 未 加 固 的 工 况，地 基 土 中 的 附 加 应 力 减 小，故 地 基沉 降 显 著 减 小。在 距 离 路 堤 中 心处，采 用 预 应力 管 桩 加 固 和 不 加 固 的 两 种 工 况，其 沉 降 位 移 没 有差 异，但 在 距 路 堤 中 西以 外 的 地 基，由 于 预 应 力管 桩 承 担 了 大 部 分 路 基 荷 载。路 基
11、 荷 载 在 水 平 方 向上 的 传 递 减 弱，故 在 采 用 预 应 力 管 桩 加 固 后 范 围 外的 地 基，其 隆 起 也 会 相 应 的 减 小。所 以 采 用 预 应 力管 桩 加 固 的 地 基，在 路 堤 范 围 内 能 有 效 减 小 地 基 沉降，在 路 堤 范 围 外 能 有 效 抵 抗 隆 起。预应力管桩加固未加固0204060801001612840-4路堤范围内沉降/cm距路堤中心距离/m图加 固 前 后 沉 降 的 变 化采 用 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 对 软 土 地 基 进 行 加 固前 后 地 基 水 平 位 移 的 变 化 如 图所 示，由
12、 图 可 知，采用 预 应 力 管 桩 进 行 加 固 后，地 基 土 水 平 位 移 由 未 加固 时 的 降 为，路 堤 范 围 内 地 基 土 的 水 平位 移 显 著 减 小。此 外，在 未 采 用 预 应 力 管 桩 进 行 加固 时，地 基 土 水 平 位 移 的 最 大 值 并 不 会 出 现 在 路 堤中 心 处，也 不 会 出 现 在 路 堤 坡 脚 处，路 堤 土 水 平 位 移最 大 值 出 现 在 距 路 堤 中 心处，但 当 采 用 预 应 力 管桩 加 固 后，由 于 预 应 力 管 桩 对 地 基 土 水 平 位 移 的 限制，地 基 土 的 水 平 位 移 并
13、不 显 著，但 是 在 靠 近 预 应 力管 桩 加 固 的 边 缘，其 地 基 土 的 水 平 位 移 达 到 了 峰 值，地 基 土 位 于 路 堤 范 围 之 外 时，加 固 与 未 加 固 工 况 下的 水 平 位 移 差 距 快 速 减 小，在 距 离 路 堤 中 心后，地 基 土 的 水 平 位 移 相 同。预应力管桩加固未加固876543210-1水平位移/cm路堤范围内距路堤中心距离/m010203040图加 固 前 后 水 平 位 移 的 变 化12 m14 m16 m0123456789沉降/cm路堤范围内距路堤中心距离/m010203040图桩 长 对 地 基 沉 降 的
14、 影 响 预 应 力 管 桩 对 地 基 沉 降 的 影 响不 同 预 应 力 管 桩 长 度 对 地 基 沉 降 的 影 响 如 图所 示，由 图 可 知，随 着 桩 长 的 增 加，在 相 同 位 置 处，地基 沉 降 逐 渐 减 小，由 路 堤 中 心 处 的 沉 降 进 行 分 析 可知，当 桩 长 由减 小 至时，路 堤 沉 降 由 增 加 至，沉 降 增 加 了，但 当 桩 长 继 续 减小 至时，路 堤 沉 降 增 大 至，沉 降 增 大 了，故 随 着 桩 长 的 减 小，路 堤 中 心 处 沉 降 的 增 加在 逐 渐 加 速，这 是 由 于 减 小 了 桩 长，桩 身 周
15、围 的 摩阻 力 减 小，致 使 桩 承 担 的 附 加 应 力 减 小 而 地 基 土 承担 的 附 加 应 力 增 大，故 路 堤 中 心 处 的 沉 降 逐 渐 增大，此 外，在 路 堤 范 围 内，地 基 土 沉 降 随 着 距 离 路 堤中 心 的 距 离 增 加 而 缓 慢 减 小，但 超 过 预 应 力 管 桩 的加 固 范 围，即 超 过 路 堤 范 围 后，地 基 沉 降 开 始 快 速减 小。不 同 桩 间 距 对 地 基 沉 降 的 影 响 如 图所 示，由 图可 知，桩 间 距 增 加 时 地 基 沉 降 在 逐 渐 增 大，这 是 由 于预 应 力 管 桩 间 距 越
16、 小，桩 间 土 附 加 应 力 的 增 加 也 就越 小，沉 降 就 越 小。但 增 大 桩 间 距 对 地 基 土 沉 降 的增 加 速 率 没 有 影 响，如 在 路 堤 中 心 处，桩 间 距 由 增 大 到 时，路 堤 中 心 处 沉 降 由 增 加 至，增 大 了，同 样 地，当 桩 间 距 由 增大 到 时，路 堤 中 心 处 沉 降 由 增 加 至，路 堤 中 心 处 沉 降 依 然 是 增 加 了。此外，由 于 地 基 附 加 应 力 主 要 来 自 于 路 堤 荷 载，在 路堤 范 围 外，地 基 附 加 应 力 快 速 减 小，地 基 沉 降 在 也在 快 速 减 小，由
17、 于 桩 间 距 越 小 时 在 相 同 位 置 处 的 地基 附 加 应 力 越 小，向 路 堤 范 围 外 传 递 出 的 附 加 应 力也 越 小，所 以 桩 间 距 越 小 时 路 堤 范 围 外 的 地 基 沉 降也 越 小。路堤范围内桩间距离2.0 m桩间距离2.5 m桩间距离3.0 m距路堤中心距离/m0102030400246810沉降/cm图桩 间 距 对 地 基 沉 降 的 影 响不 同 桩 身 刚 度 对 地 基 沉 降 的 影 响 如 图所 示，由图 可 知，不 同 桩 身 刚 度 时 的 地 基 沉 降 几 乎 重 合 在 一起，桩 身 刚 度 并 不 会 对 地 基
18、 沉 降 产 生 影 响，由 此 可 以说 明，在 采 用 预 应 力 管 桩 对 软 土 地 基 进 行 加 固 时，采用 高 标 号 和 低 标 号 混 凝 土 进 行 预 应 力 管 桩 的 施 工 对地 基 沉 降 没 有 影 响，但 从 节 约 成 本 的 角 度 进 行 考 虑，可 以 使 用 低 标 号 混 凝 土 进 行 施 工。桩身刚度2.0 MN/mm桩身刚度4.0 MN/mm桩身刚度6.0 MN/mm123456789沉降/cm203040距路堤中心距离/m010图桩 身 刚 度 对 地 基 沉 降 的 影 响 不 同 垫 层 厚 度 对 地 基 土 沉 降 的 影 响
19、如 图所 示，由 图 可 知，不 同 厚 度 的 垫 层 对 地 基 土 的 沉 降 并 没 有显 著 影 响，垫 层 主 要 是 将 路 堤 荷 载 传 递 到 预 应 力 管桩 上，当 垫 层 厚 度 超 过后，垫 层 都 能 将 路 堤 荷载 均 匀 的 传 递 至 预 应 力 管 桩 上，在 传 力 过 程 中 并 不会 产 生 差 异，故 在 采 用 预 应 力 管 桩 加 固 软 土 地 基 时，垫 层 厚 度 可 以 适 当 减 薄。203040距路堤中心距离/m010123456789沉降/cm垫层厚度40 cm垫层厚度50 cm垫层厚度60 cm图垫 层 厚 度 对 地 基
20、沉 降 的 影 响12345678沉降/cm距路堤中心距离/m010203040格栅抗拉强度1.0MPa格栅抗拉强度1.5MPa格栅抗拉强度2.0MPa图格 栅 抗 拉 强 度 对 地 基 沉 降 的 影 响不 同 抗 拉 强 度 格 栅 对 地 基 沉 降 的 影 响 如 图所示，由 图 可 知，使 用 不 同 抗 拉 强 度 的 格 栅，地 基 沉 降并 没 有 显 著 差 异，主 要 是 由 于 将 格 栅 用 于 软 土 地 基加 固，并 不 会 将 格 栅 拉 至 断 裂 破 坏，而 是 只 会 产 生 很小 的 变 形，不 同 抗 拉 强 度 格 栅 对 土 体 产 生 的 拉 力
21、 相同 或 者 相 近。但 从 节 省 造 价 的 角 度 出 发，在 采 用 预应 力 管 桩 进 行 软 土 地 基 的 加 固 时，可 以 使 用 抗 拉 强度 为的 格 栅 进 行 施 工。123456789沉降/cm距路堤中心距离/m010203040桩间土密度1.7g/cm3桩间土密度1.65g/cm3桩间土密度1.6g/cm3图桩 间 土 密 度 对 地 基 沉 降 的 影 响桩 间 土 密 度 不 同 时 的 地 基 沉 降 如 图所 示，由 图可 知，随 着 桩 间 土 密 度 的 增 加，地 基 沉 降 在 逐 渐 减小，主 要 是 由 于 随 着 桩 间 土 密 度 的
22、增 加，一 方 面 由 于自 身 密 度 提 高，颗 粒 咬 合 更 加 紧 密，颗 粒 之 间 的 相 对位 置 不 易 错 动，土 自 身 抗 变 形 能 力 提 高，反 映 在 软 土地 基 的 加 固 中 即 表 现 为 地 基 土 沉 降 减 小，另 一 方 面是 由 于 桩 间 土 密 度 的 增 加，预 应 力 管 桩 和 桩 间 土 的摩 擦 强 度 提 高，在 相 同 的 相 对 位 移 情 况 下，密 实 度 越高，桩 土 间 的 摩 阻 力 越 大，对 地 基 土 的 支 撑 作 用 就 越强，所 以 桩 土 之 间 摩 阻 力 的 增 加 也 是 地 基 土 沉 降 减
23、小 的 一 个 原 因，由 此 可 以 说 明，增 加 桩 间 土 的 密 度，提 高 了 土 自 身 抗 变 形 能 力，也 提 高 了 桩 土 之 间 的 摩阻 力，当 桩 间 土 密 度 越 高 的 时 候，其 地 基 土 的 沉 降越 小。沉降/cm12345678910距路堤中心距离/m010203040内摩擦角为20内摩擦角为10图内 摩 擦 角 对 地 基 沉 降 的 影 响两 种 内 摩 擦 角 填 土 工 况 下 的 地 基 沉 降 如 图所示，随 着 桩 间 填 土 内 摩 擦 角 增 大，地 基 沉 降 逐 渐 减小。同 理，增 加 桩 间 填 土 的 内 摩 擦 角，使
24、 得 土 颗 粒 之间 的 摩 擦 强 度 提 高，抗 变 形 能 力 增 加，提 高 了 桩 间 土的 内 摩 擦 角，地 基 沉 降 就 相 应 的 减 小，故 对 于 采 用 预应 力 管 桩 进 行 软 土 地 基 加 固 时，采 用 内 摩 擦 角 高 的填 土 可 以 有 效 的 降 低 地 基 沉 降。预 应 力 管 桩 的 桩 帽 对 地 基 沉 降 的 影 响 如 图所示，在 没 有 桩 帽 的 情 况 下，路 堤 中 心 处 的 地 基 沉 降 为，在 有 桩 帽 的 情 况 下，路 堤 中 心 处 的 地 基 沉 降为，降 低 了，增 加 桩 帽 可 以 有 效 的 减
25、小 地基 沉 降，且 在 相 同 位 置 处，有 桩 帽 的 工 况 都 要 比 没 有桩 帽 工 况 的 沉 降 小，主 要 是 由 于 增 加 了 桩 帽，桩 网 之间 的 土 拱 得 到 了 加 强，地 基 土 承 担 的 附 加 应 力 减 小，地 基 沉 降 显 著 降 低。距路堤中心距离/m0102030400246810沉降/cm有桩帽未桩帽图桩 帽 对 地 基 沉 降 的 影 响结语本 文 通 过 研 究 预 应 力 管 桩 复 合 地 基 对 软 土 地 基的 加 固 效 果，对 比 分 析 了 加 固 前 后 软 土 地 基 沉 降 的变 化 规 律，明 确 了 预 应 力
26、 管 桩 桩 长、桩 间 距、填 土 密度 及 桩 帽 对 地 基 沉 降 的 影 响，主 要 得 到 了 以 下 结 论：（）采 用 预 应 力 管 桩 加 固 的 地 基，在 路 堤 范 围 内能 有 效 减 小 地 基 沉 降，在 路 堤 范 围 外 能 有 效 抵 抗隆 起；（）在 未 采 用 预 应 力 管 桩 进 行 加 固 时，地 基 土 水平 位 移 最 大 值 出 现 在 距 路 堤 中 心处，但 当 采 用 预应 力 管 桩 加 固 后，由 于 预 应 力 管 桩 对 地 基 土 水 平 位移 的 限 制，在 靠 近 预 应 力 管 桩 加 固 的 边 缘，其 地 基 土的
27、 水 平 位 移 达 到 了 峰 值；（）增 加 桩 长、减 小 桩 间 距、增 加 填 土 的 密 度 和内 摩 擦 角，设 置 桩 帽 等 措 施 都 可 以 有 效 减 小 软 土 地基 的 沉 降；（）桩 身 刚 度 及 格 栅 抗 拉 强 度 并 不 会 对 软 土 地基 的 沉 降 产 生 显 著 影 响，故 对 软 土 地 基 进 行 加 固 时，可 以 选 用 刚 度 较 低 的 桩 身 和 抗 拉 强 度 较 低 的 格 栅。参 考 文 献：刘 杰，沈 洋，杜 元 林 等考 虑 硬 壳 层 作 用 的 软 土 地 基 加 固 方 式分 析 山 西 建 筑，（）：贺 玉 平，王
28、 凯微 型 预 制 桩 在 深 厚 软 土 地 基 加 固 中 的 应 用广 东 土 木 与 建 筑，（）：代 茂 华，郝 晟土 工 合 成 材 料 柔 性 约 束 碎 石 桩 地 基 处 理 技 术天 津 建 设 科 技，（）：韩 中 原真 空 联 合 堆 载 预 压 法 在 软 土 地 基 处 理 中 的 应 用 江 西 建 材，（）：张 小 飞联 合 预 压 法 地 基 处 理 研 究 工 程 建 设 与 设 计，（）：李 岳 峰，孙 子 豪水 泥 土 搅 拌 桩 复 合 软 基 工 后 沉 降 预 测 研 究山 东 商 业 职 业 技 术 学 院 学 报，（）：刘 蓥 蓥水 泥 搅 拌 桩 在 东 榆 林 水 库 库 区 深 厚 软 土 地 基 加 固 中的 应 用 黑 龙 江 水 利 科 技，（）：刘 爽，李 文 静，陈 俊 伟 等横 琴 滨 海 软 土 水 泥 土 配 合 比 试 验 研究 广 东 土 木 与 建 筑，（）：
