拋石擠淤加固公路軟基機理研究

朱彥鵬+陳琰嬌

摘要：選取蘭永一級公路的9標段拋石擠淤處理段作為模型，采用有限元軟件PLAXIS對其進行數(shù)值模擬研究并與實際監(jiān)測資料進行對比分析；首先對比未處理和經(jīng)拋石擠淤處理后的地基沉降、水平位移及孔隙水壓力，然后選擇模型的1個影響因素作為變量，研究該變量對拋石擠淤處理軟土地基效果的影響，最后將模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比。結(jié)果表明：經(jīng)處理后的地基沉降和水平位移均明顯減小，并且復合模量較大，整體性較強；孔隙水壓力減小說明拋石擠淤處理使地基固結(jié)加快；路基沉降量均隨拋石體模量、寬度及厚度的增大而減?。浑S回填砂土厚度變化不規(guī)律，需考慮實際情況及當?shù)亟?jīng)驗選取拋石體；模擬結(jié)果與實際監(jiān)測結(jié)果相差不大，滿足工程需求。

關(guān)鍵詞：地基處理；拋石擠淤；加固機理；數(shù)值模擬；監(jiān)測數(shù)據(jù)

中圖分類號：TU472文獻標志碼：A

Abstract： Selecting the 9th section of Lanyong firstclass highway which treating soft soil foundation by dumping riprap to extrude silt as the model， finite element software PLAXIS was used to make numerical simulation research and the numerical simulation results were compared with the actual monitoring data. Firstly， the subsidence， horizontal displacement and pore water pressure of foundation treated by dumping riprap to extrude silt and untreated foundation were compared. Secondly， a factor of the model was selected as variable， and the influences of the variable on the soft foundation treating effect by dumping riprap to extrude silt were studied. Finally， the simulation results were compared with the actual monitoring data. The results show that the foundation settlement and horizontal displacement significantly decrease after treatment. The composite modulus is larger and the integrity is stronger after treatment. The decrease of pore water pressure shows that the dumping riprap to extrude silt process accelerates the consolidation of foundation. The subgrade settlement decreases with the increase of width， modulus and thickness of riprap. Since the thickness of backfill sand changes irregularly， the riprap can be chosen according to the actual situation and local experience. The results of simulation and actual monitoring are not quite different， which meet the engineering requirements.

Key words： foundation treatment； dumping riprap to extrude silt； reinforcement mechanism； numerical simulation； monitoring data

0引言

隨著公路建設(shè)規(guī)模的擴大和水平的不斷提高，軟弱地基處理成為公路建設(shè)中不可避免的重要組成部分，由于特殊的性質(zhì)使其成為公路建設(shè)的一大難題，在公路的科研、設(shè)計、施工以及養(yǎng)護工作中受到越來越多的重視。拋石擠淤作為軟弱地基處理的一種方法，由于施工簡便、工期短、經(jīng)濟節(jié)約等優(yōu)點得到越來越多的應(yīng)用[110]。拋石擠淤法是指在沒有硬殼層的軟土地基底部拋投片石，使片石將淤泥擠出地基范圍以提高地基的承載能力。閆澍旺等[11]選擇不同截面形狀，考慮隆起淤泥對承載力的有利影響，推導出與實際情況吻合的拋石計算公式，同時通過試驗得到淤泥的變形趨勢和DH曲線（D為試驗中加載以后碎石的下沉深度，H為等效高度），驗證了推導拋石計算公式的適用性。本文依托蘭州新城—永靖沿黃河快速通道（以下簡稱蘭永一級公路）項目，就軟土地基處理中的拋石擠淤法進行探討，分析其加固機理及處理效果。

軟土地基上高速公路路堤最突出的問題就是穩(wěn)定和沉降。在拋石擠淤處理過程中根據(jù)填筑體接底的情況可能出現(xiàn)以下3種狀況：懸浮式、接底式和側(cè)向約束式[12]。拋石擠淤機理不僅是壓載問題，張明鳴等[13]通過顆粒流算法得出拋石擠淤機理是由于拋石從高處將勢能轉(zhuǎn)化為動能破壞淤泥結(jié)構(gòu)，使局部應(yīng)力集中，這樣塊石便擠開淤泥進入其中。陳子龍[14]根據(jù)高填方公路路基軟基工程實例介紹了拋石擠淤強夯方法，現(xiàn)場試驗和實際監(jiān)測結(jié)果表明復合地基強度提高能夠滿足路基施工規(guī)范要求。姜景山[15]通過分析路基應(yīng)力變形形狀得出拋石擠淤法作用機理為淤泥淺層間拋投的碎石互相擠緊咬合，從而形成一個硬殼層，達到加固地基的目的。本文結(jié)合蘭永一級公路項目，根據(jù)地基條件，采用有限元軟件PLAXIS建立路基模型，選取不同的影響因素分別作為單個變量，假定其他條件不變，對路基地基沉降進行模擬，通過分析此變量對地基沉降量和水平位移的影響，確定其最優(yōu)取值，并且通過所有參數(shù)的變化模擬結(jié)果，分析拋石擠淤處理軟土地基加固機理及效果。