后處理無砂混凝土小樁基力學(xué)特性分析

后處理無砂混凝土小樁基力學(xué)特性分析

我國高速公路快速發(fā)展，在車輪填充施工中存在許多問題，如總沉降控制、差異沉降控制、沉降補償?shù)取Ｍ妒瘔簼{無砂混凝土小樁后處理技術(shù)是一種新型的地基處理技術(shù),能夠克服小樁技術(shù)的強配筋以及壓力注漿樁的注漿壓力大、樁徑大等缺點,具有堆載預(yù)壓、快速排水、固結(jié)、膠結(jié)及豎向增強等作用該項技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于鄭少高速公路、鄭州西南環(huán)繞城高速公路、平臨高速公路、京珠高速公路、襄荊高速公路、孝襄高速公路等高填方軟基或臺后處理中,并獲得理想效果,工后沉降穩(wěn)定時間一般小于30d。該技術(shù)還在信陽～南陽高速公路、扶項高速公路、葉信高速公路加寬段信息化施工中被應(yīng)用。但是由于試驗技術(shù)手段的限制,很難對其具體施工過程中的各個部分的變化進行全面地檢測分析,只能按照規(guī)范及理論計算的關(guān)鍵部位進行有限的監(jiān)測,給該項技術(shù)的推廣和應(yīng)用造成一定的限制。數(shù)值模擬方法適合于分析非線性、非均質(zhì)及復(fù)雜邊界問題,并且可以考慮土體的固結(jié)效應(yīng),故近年來廣泛應(yīng)用于路基的固結(jié)沉降、應(yīng)力應(yīng)變分析,并深化了不同的處理方法對路基性能的認識1路堤和樁的設(shè)計參數(shù)采用三維模型,參考文獻模型如圖1所示,填土部分高6.5m(0.5m碎石墊層),分7層填筑,按照首次填方0.5m、之后6次為每次1m的方式模擬;頂部寬度為28m,路堤底部寬為47.5m,水平向計算范圍取值為150m;路堤邊坡坡率為1∶1.5。填土與路基間為500mm厚碎石墊層,以下土層依次為粉質(zhì)黏土、淤泥土、黏土、礫石,具體參數(shù)見表1。設(shè)計樁長為18m,6.5m位于填土層,樁底有0.5m位于黏土層。樁體按照橫截面面積相等的原則置換為正方形樁,邊長350mm,間距2m,正方形布置。1.1初始孔壓及填筑填充模型的網(wǎng)格如圖2所示。土體均采用20結(jié)點彈塑性單元,服從Mohr-Coulomb屈服準則。邊界條件的設(shè)定為:土層表面與大氣接觸部分設(shè)置為0孔壓,初始孔壓自水平地面下2m至模型底端線性增加;模型底部固定約束,側(cè)向可沿豎向(Z軸)自由滑動;前后側(cè)面受到Y(jié)方向的約束。底部和側(cè)向均設(shè)定為不排水界面(圖3)。按照首次0.5m,之后每次1m的方式進行填筑,共進行7次完成填筑過程。當(dāng)填筑至6.5m穩(wěn)定之后,進行挖孔,將挖除區(qū)域按照0孔壓進行邊界條件設(shè)置,進行持續(xù)時間為2d的固結(jié)計算,至后處理結(jié)束共332d,模型計算至600d。1.2路堤下路堤下路堤下天然地基的豎向位移填土過程中,新填土部分相當(dāng)于對原路基土的堆載預(yù)壓。由于軟土的滲透系數(shù)較小,孔隙水來不及消散,使得路堤下部應(yīng)力及孔壓較外圍均比較大。此過程中沉降主要為土體自身的壓縮變形,即初始沉降。從圖4中的計算結(jié)果來看,沉降量在填土階段增加較快,在間歇穩(wěn)定階段沉降速率較小。在樁體成孔階段(時間在321～322d),由于成孔施工可以有效地消散超靜孔隙水壓力,增加有效應(yīng)力,使得沉降速率顯著增大;之后在穩(wěn)定階段(323～332d),孔壓注漿消散結(jié)束,有效應(yīng)力變化不大,沉降速率又趨于緩和。圖5、圖6為填土結(jié)束后豎向位移計算結(jié)果(為觀察方便,截取模型的1/2,下同)。其最大沉降區(qū)域位于路基填土底部,最大值約600mm。沉降與隆起交界處位于距路基中心線26m附近。隆起最大位置在中心線外34m附近,高度約50mm。圖7為填土結(jié)束時路基的水平向位移云圖。其最值區(qū)域位于坡腳處,約與坡腳成45°向內(nèi),最大值約235mm,坡頂角最大位移約32mm。無砂混凝土小樁成孔及投石階段,有消散超靜孔隙水壓力,增加施工期間沉降量的作用,從而可以加快公路建設(shè)的施工速度。圖8、圖9為成孔2d之后的豎向位移計算結(jié)果,最大沉降區(qū)域位于路基填土底部,最大值為760mm。沉降與隆起交界處位于距路基中心線25m附近。隆起最大位置依然在中心線外34m附近,高度約50mm,變化不大。圖10為填土結(jié)束時路基的水平向位移云圖。其最值區(qū)域位于坡腳處,約與坡腳成30°向內(nèi),位移最大值約236mm。填土頂部處產(chǎn)生向路基中心線方向的位移,最大值約69mm。圖11為兩樁底部淤泥土中心點處超孔隙水壓的變化曲線。每次填土都使孔壓增大,之后有少量的消散,但是消散速度很慢。成孔之后,消散效果顯著增強。實際工程中,考慮到井阻和涂抹效應(yīng),將呈現(xiàn)緩變趨勢,最終孔壓也將較圖中數(shù)值大一些。圖12為路堤下淤泥土中的某點處的豎向應(yīng)力變化曲線。隨著填土的進行,由于超靜孔隙水壓力的消散及路面排水邊界的存在,有效應(yīng)力緩慢增大。在成孔階段有效應(yīng)力增長速度顯著加快,在固結(jié)完成之后開始顯露出平緩的趨勢。實際工程中無砂混凝土小樁后處理技術(shù)在投石之后,將進行壓漿處理,壓漿部分將進一步置換土體中的水分,消散超靜孔隙水壓力,從而更有效地增加施工期的路基固結(jié)沉降,減小路基的工后沉降。2無砂混凝土小樁后處理技術(shù)(1)無砂混凝土小樁后處理技術(shù)可以利用先填土體進行堆載預(yù)壓,使土體產(chǎn)生超靜孔隙水壓力。成孔和投石階段可以有效地消散軟土中的超孔隙水壓力,加快土體的固結(jié)沉降。(2)針對目前較多的高等級公路拓寬問題,無砂混凝土小樁后處理技術(shù)對多種地基處理方法、原理