高压旋喷桩对路基沉降的抑制性研究★

瞿 瑜 张媛媛 高国旗

(1.宁夏华侨园集团公路工程有限公司，宁夏 固原 756000； 2.宁夏大学，宁夏 银川 750021)



高压旋喷桩对路基沉降的抑制性研究★

瞿 瑜1张媛媛2高国旗2

(1.宁夏华侨园集团公路工程有限公司，宁夏 固原 756000； 2.宁夏大学，宁夏 银川 750021)

为了探究高压旋喷桩对福银高速公路桃同段软土路基的沉降抑制效果，采用ANSYS建立了旋喷桩加固和未加固路基模型，对比分析了路基加固段与未加固段的沉降量，结果表明，旋喷桩加固路基不仅可以抑制路基变形而且能有效提高路基强度。

旋喷桩，ANSYS，沉降量，等效应力场

0 引言

由于近几年工程建设的快速发展，高压旋喷桩处理地基技术得到了广泛的应用。高压旋喷桩加固地基技术是在20世纪70年代引进到中国，直到80年代国科委将其重点研究后，该技术的研究及使用才有较大进展[1]。由于高压旋喷桩的施工简单、迅速以及施工方便的特点，被广泛用于公路的软土地基处理，同时高压旋喷桩技术对淤泥质土、粉土、沙土等特殊土地基的加固有良好的效果[2,3]。高压旋喷桩多用于工程建设中地基处理，可以有效减少地基的沉降量或差异沉降，文献[4]中在东莞某通讯机房利用高压旋喷桩加固地基以及文献[5]中湘江某排渍泵站高压旋喷桩基础加固。国内对于用高压旋喷桩加固路基或构造物成功的案例较多。如哈长线上行线低高度跨铁立交桥桥台地基加固[6]；天津某高速公路通道桥地基的加固[7]；北哈公路桥基础的加固[8]。目前该技术已经推广应用至大型水利工程，如长江三峡、东风电站就是成功的案例。

1 工程概况

福银高速公路桃同段病害处治工程起讫桩号K4+800～K32+800，全长28 km。全路段处于湿陷性黄土、盐渍土等不良地质地区，在2003年建成通车后该地区逐步建设为扬黄灌溉区，地表水下渗，致使大部分路段出现了不同程度的沉降病害。为有效解决路基不断下沉的问题，设计采用了高压旋喷桩对地基进行加固处理，加固深度为桩身嵌入原地表下7 m～14 m，嵌入路堤1 m，实际桩长8 m～15 m，桩径60 cm，桥台背桩间距1.5 m×1.5 m，路基段桩间距2.0 m×2.0 m，均按梅花交错布桩，全线总量48 060根，总长度606 888 m。本次高压旋喷桩注浆采用单管旋喷法施工，喷射形成的固结体的形式为360°旋转喷射，单管旋喷法工艺流程为：施工准备→测量定位→机具就位→钻孔至设计标高→旋喷开始→提升旋喷注浆→旋喷结束成桩。浆液的配合比、泵送压力、水泥浆流量、喷嘴直径、钻机的提升速度及旋转速度、注浆量等相关工艺性参数如表1所示。

表1 高压旋喷桩工艺性参数

2 模型建立

根据设计参数建立计算模型见图1，桩的弹性模量E为1.4 GPa，直径D为60 mm，长L为9 m，按照梅花桩布置，桩间土压缩模量为2.6 MPa。

依照参数建立模型并对其施加静载，四周及底部采用固定铰支座。用ANSYS分析高压旋喷桩路基与普通路基的沉降量，对比分析，从而确定旋喷桩是否可以减小路基的沉降。

3 模拟结果分析

3.1 变形分析

高压旋喷桩处理路基的ANSYS计算结果见图2，采用与高压旋喷桩相同的荷载与边界条件，采用静力加载，ANSYS计算未加固路基沉降量云图见图3。

经高压旋喷桩处理的路基沉降量计算结果最大值为12.48 mm，未加固路基沉降量为80.62 mm，沉降量降低了84.5%。

通过ANSYS处理结果对比分析可以发现，高压旋喷桩对于路基的沉降有一定抑制作用，而一般来说，当物体在力的作用下所发生的变形发生变化，对应物体的强度也会有所改变，因此，继续探究高压旋喷桩对路基的强度是否有影响。

3.2 承载力分析

在同等条件下用ANSYS进行受力分析，给出高压旋喷桩处理路基与未加固路基的等效应力场等值分布曲线，通过曲线所显示的SMX(等效应力结果中最大的解)比较两种路基承载力的大小。

路基在进行高压旋喷桩加固处理后用ANSYS计算分析所得的等效应力场等值分布图如图4所示，从图4中可以看出，在静力加载过程中，旋喷桩承受了大部分的荷载，从而使应力分布出现中间低四周高的情形，等效应力结果最大为0.713 MPa。

未加固路基等效应力场等值分布图如图5所示。应力分布与高压旋喷桩相反，为中间高四周低，这与实际情况是相吻合的，因此也从侧面反映该结果是可信的，等效应力结果最大为0.092 MPa，路基承载力提高了6.75倍。从计算结果看，未加固路基的承载能力要低于高压旋喷桩路基的承载能力，即高压旋喷桩处理的路基在抑制沉降的同时也提高了路基的承载能力，使其能够承受更大荷载。

4 结语

利用ANSYS建立高压旋喷桩路基模型，计算分析高压旋喷桩对路基下沉的影响。在同种荷载作用且相同的边界条件下，对比未加固路基与高压旋喷桩路基的沉降量可以发现，经高压旋喷桩处理的路基沉降量明显低于未加固路基。为了探究沉降量的变化会不会引起强度的变化，文中分别给出了高压旋喷桩路基与普通路基的等效应力场等值分布曲线，通过对比可以发现，高压旋喷桩路基能够显著提高路基承载力。

[1] 宁夏元.高压旋喷桩在桥台基础中的应用研究[D].长沙：湖南大学硕士学位论文,2007:1.

[2] 龙 刚,宣以琼.高压旋喷桩在桥梁桩基加固工程中的应用[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2010,18(3):55-58.

[3] 吴桂昌,张忠林,高凌云,等.高压旋喷桩施工工艺及技术措施[J].中国建设信息,2005(19):55-56.

[4] 陈传铭.高压旋喷桩在东莞某通讯机房加固中的应用[J].广东土木与建筑,2002(5):34-35.

[5] 陈永贵,张可能,宁文彬.湘江某排渍泵站高压旋喷桩基础加固施工技术[J].岩土工程界,2002,5(10):53-54.

[6] 刘恩军.用高压旋喷桩加固铁路桥台地基[J].铁道建筑,2002(1):40-42.

[7] 白凡义,汪凌志.高压旋喷注浆技术在通道桥地基加固中的应用[J].天津建设科技,2002(z1):47-49.

[8] 孙志峰.CCP工法加固北—哈公路桥基[J].西部探矿工程,1992(4):68-71.

The ibhibitory study of roadbes sinking the high pressere jet grouting pile★

Qu Yu1Zhang Yuanyuan2Gao Guoqi2

(1.NingxiaOverseasChineseGardenGroupHighwayEngineeringCo.,Ltd,Guyuan756000,China;2.NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

The high pressure jet grouting pile in order to explore the peach with the silver highway section of soft soil roadbed settlement inhibition effect, jet grouting pile reinforcement subgrade model was established using ANSYS and unreinforced embankment model. Through the settlement of subgrade reinforced and unreinforced paragraphs quantity contrast analysis, the analysis results show that the jet grouting pile reinforcement subgrade can not only improve the deformation and its strength has been effectively improved.

jet grouting pile, ANSYS, settling volume, equivalent stress field

1009-6825(2017)15-0112-02

2017-03-16★：宁夏自然科学基金资助项目(NZ1618)

瞿 瑜(1960- )，男，高级工程师

U416.1

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