[摘要]針對(duì)路基沉降等公路路基病害治理問題，考慮病害路基土性參數(shù)的空間非均質(zhì)性，對(duì)注漿微型樁加固路基特性進(jìn)行分析。基于隨機(jī)分形算法生成孔隙率、彈性模量、滲透系數(shù)的隨機(jī)分布剖面圖，構(gòu)建非均質(zhì)地層模型，對(duì)路基進(jìn)行注漿擴(kuò)散模擬;基于注漿擴(kuò)散計(jì)算結(jié)果，分析注漿微型樁加固路基的作用效果。結(jié)果表明：由于地層物理參數(shù)分布的不均勻性，注漿漿液擴(kuò)散邊界和固化區(qū)域分布不規(guī)則;漿液充填樁體周圍土層孔隙，硬化并膠結(jié)形成結(jié)石體，可以明顯改善樁周土的物理力學(xué)性能，提高樁的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力;注漿微型樁加固后的路基在荷載作用下的位移沉降量明顯降低，路基加固后承載能力明顯提高。研究對(duì)注漿微型樁的工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

　　[關(guān)鍵詞]巖土工程;路基加固;數(shù)值模擬;注漿微型樁;非均質(zhì)地層

　　0引言

　　資料顯示，中國高速公路由于路基病害造成的路面早期病害占以上[12]。路基沉陷[34]、邊坡滑塌[5]、碎落和崩塌等常見的路基病害常導(dǎo)致路面病害，需采用適當(dāng)措施進(jìn)行病害路基的修復(fù)加固。周德泉等[69]將注漿技術(shù)與路基加固理論相結(jié)合，利用注漿手段加固病害路基，取得了較好的治理效果。路基土體在振動(dòng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生液化、流變，導(dǎo)致路基發(fā)生豎向和側(cè)向變形，單純的注漿加固不能完全解決病害路基的側(cè)向變形問題。微型樁通常用于建筑物的糾偏、基礎(chǔ)加固、滑坡治理以及基坑或邊坡的支護(hù)[1015]，利用注漿微型樁進(jìn)行路基的注漿加固能夠充分發(fā)揮漿液與樁體自身的作用，有效解決路基沉降變形問題。

　　土具有原位變異性[16]與非均質(zhì)性，土體物理力學(xué)特征及空間分布呈非均勻性[17,21]。病害路基土體物性指標(biāo)及空間分布特征影響漿液運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散范圍，針對(duì)病害路基土體物理力學(xué)參數(shù)空間非均質(zhì)性，將路基地層的特征和特性視為隨機(jī)過程，構(gòu)建非均質(zhì)的路基地層模型，是分析病害路基地層內(nèi)漿液運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散特性和評(píng)估注漿微型樁加固路基效果的重要方法。本文從漿液加固與樁體作用兩方面進(jìn)行注漿微型樁加固路基的機(jī)理分析，并運(yùn)用多物理場(chǎng)耦合軟件構(gòu)建非均質(zhì)路基地層模型，開展注漿微型樁加固病害路基的數(shù)值模擬，分析采用微型樁進(jìn)行非均質(zhì)路基地層條件下注漿加固前后土層物性參數(shù)變化，以及路基在荷載作用下的位移變化，進(jìn)行微型樁加固路基沉降控制技術(shù)的研究。

　　1注漿微型樁加固路基

　　1.1微型樁加固路基注漿工藝

　　將微型樁應(yīng)用于公路路基的加固，是《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ792012)中推薦的施工經(jīng)驗(yàn)措施。微型樁為鋼花管，打入路基土體后用水泥基漿液注漿，水灰比取0.5~0.55。注漿前，采用水泥砂漿對(duì)鋼花管外側(cè)孔口段進(jìn)行封孔，封孔深度1.01.5m。微型樁加固病害路基注漿分為兩個(gè)階段。第一階段從PVC注漿管底開始注漿，孔口注漿壓力0.2~0.4MPa。當(dāng)每延米注漿量達(dá)到150kg或漿液滲漏較嚴(yán)重時(shí)，上拔注漿管。在漿液凝固后，將安裝有帶封孔器的PVC注漿管再次插入鋼花管至預(yù)設(shè)注漿段，進(jìn)行第二階段注漿。注漿自下而上分段進(jìn)行，分段長度0.4~0.6m，注漿壓力0.2~0.5MPa。

　　1.2注漿微型樁加固路基機(jī)理

　　(1)漿液的作用影響分析漿液通過VC注漿管后，在滲透或壓力擴(kuò)散作用下進(jìn)入路基土層充填孔隙，通過硬化、膠結(jié)作用形成具有一定強(qiáng)度的結(jié)石體，固結(jié)、改善和提高路基土物理力學(xué)性能，并減少路基沉降。

　　(2)樁體的作用影響分析漿液經(jīng)過鋼花管上預(yù)設(shè)的出漿孔，使鋼花管的內(nèi)外側(cè)充滿漿體，形成微型鋼管樁[18]。微型鋼管樁形成加固路基的骨架，與樁周路基土體共同承載路基的基底應(yīng)力，能有效提高路基的整體性與穩(wěn)定性。樁間土變形模量與樁體自身的變形模量相比存在較大差距，微型樁會(huì)約束樁間土的側(cè)向位移，使應(yīng)力主要由微型樁樁體承擔(dān)。對(duì)于固定總量的基底應(yīng)力而言，微型樁承載的應(yīng)力份額增大，其樁間土所承載的應(yīng)力份額會(huì)減少，路基土承載力也會(huì)隨之提高。

　　2非均勻地層模型構(gòu)建

　　2.1構(gòu)建非均勻地質(zhì)模型的基本步驟

　　考慮土層參數(shù)空間差異性，建立非均質(zhì)路基地層模型的步驟如下20]：

　　(1)對(duì)獲得的路基土層參數(shù)及勘察點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行分析與預(yù)處理;(2)將已知坐標(biāo)點(diǎn)視為控制點(diǎn)，利用控制點(diǎn)坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的土性參數(shù)地質(zhì)信息作為數(shù)據(jù)源，繪制地勘區(qū)域的地形剖面圖;(3)根據(jù)地勘區(qū)域控制點(diǎn)的實(shí)際分布，采用從上到下、從左到右的順序建立平面四邊形網(wǎng)格。在數(shù)據(jù)缺少的條件下將其改為三角形;(4)以路基地層孔隙率視為基本物理量，利用隨機(jī)分形插值算法對(duì)基本量進(jìn)行賦值，建立路基巖土體空間地質(zhì)剖面，生成路基地層孔隙率分形分布場(chǎng)。(5)土體彈性模量、滲透系數(shù)等參數(shù)與孔隙率之間存在函數(shù)相關(guān)性，利用孔隙率與上述參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，生成滲透率、彈性模量等參數(shù)的隨機(jī)分布場(chǎng)。

　　3基于非均質(zhì)地層模型的路基注漿模擬

　　3.1土體物性參數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型

　　注漿擴(kuò)散過程及壓力差異使路基土體顆粒間的空間分布及土層孔隙率等物性指標(biāo)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，影響漿液擴(kuò)散范圍和病害路基注漿治理效果[22,24]。注漿數(shù)值模擬需建立基本物理量(孔隙率)與滲透率、密度和彈性模量等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化數(shù)學(xué)模型。

　　4注漿加固后效果分析

　　注漿加固前，對(duì)路基施加汽車荷載。車道與車輛荷載共同組成汽車荷載，車道均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值取10.5KN/m，車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值取550KN，故路基汽車荷載為1226KN[27]。

　　公路工程論文：高速公路隧道機(jī)電工程施工質(zhì)量控制要點(diǎn)探析

　　5結(jié)論

　　(1)針對(duì)路基常見的病害問題，考慮注漿微型樁的特點(diǎn)，基于隨機(jī)分形算法，結(jié)合土性參數(shù)間的相關(guān)性，探討以孔隙率為基本量，對(duì)滲透系數(shù)、彈性模量等基本物性參數(shù)在單元體內(nèi)的賦值，生成各物性參數(shù)的隨機(jī)分形剖面圖，構(gòu)建二維隨機(jī)非均質(zhì)地層模型，可以很好的模擬注漿微型樁加固路基效果。

　　(2)在注漿壓力作用下，漿液由鋼花管中向四周擴(kuò)散，沿著樁側(cè)和樁端滲透(前00s內(nèi))。在100~350s期間，由于漿液的滲透擴(kuò)散以及劈裂與擠密效應(yīng)，注漿孔四周會(huì)生成結(jié)石體，并置換微型樁體周圍泥土，充填其空隙。當(dāng)注漿時(shí)間初步穩(wěn)定時(shí)(t=350s)，微型樁被注漿結(jié)石體所包圍，使得樁端受力面積增大，樁周土的物理力學(xué)性能及樁土接觸面條件得到改善，樁周土的側(cè)阻力得到提高。

　　(3)采用注漿微型樁對(duì)路基進(jìn)行加固后，路基加固區(qū)域土體的物性參數(shù)(密度、彈性模量、體積模量等)得到有效改善，被加固區(qū)域土體體積顯著增大，同時(shí)病害路基的沉降量明顯降低，表明注漿微型樁能有效控制路基沉降。在實(shí)際工程中，合理地利用注漿微型樁，不但能有效控制路基沉降，還能適當(dāng)縮短樁長，減小樁徑、節(jié)約工程造價(jià)。

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　　作者：周珂1,2，雷進(jìn)生1,2，劉金鑫2，劉婉純2，石智強(qiáng)2，黨潤萌