拋石擠淤法在高等級公路軟基處理中的應用及仿真模擬

朱紅軍

摘要：以某一級公路為例，對于不易開挖和換填且厚度不大于2m的軟弱地基，采用拋石擠淤的方式處理；分析了有限元模型參數(shù)，并以4m、6.5m厚淤泥段為例，驗證拋石擠淤的效果。

關鍵詞：軟弱地基；地基處理；拋石擠淤

軟土地基是公路建設中常見的困難，如果不對其進行處理，將會引起路基的穩(wěn)定性降低，使路面出現(xiàn)破損，從而引發(fā)交通安全事故。為使軟土對路基不造成嚴重影響，必須對軟土地基進行處理，使其能夠達到設計要求所需。

1 拋石擠淤軟基處理方法

該公路的設計時速為60 km/h，分整體和分離式路基，寬分別為23m，11.25m。全線有特大橋8座，共長15431.5m，分離式大橋10座，共長3090m，整體式大橋9座，共長2505m，整體式中橋2座，共長134m，小橋10座，共長242.4m，分離式中橋3座，共長241m，渡槽3座，共180m，隧道3座，共長3941m，天橋1座，長69.5m，互通式立交4處，涵洞110道平面交叉27處。

以該公路的K44+840～K46+600段為工程背景，該路段原為河谷低洼沖積層，現(xiàn)在為耕地。據(jù)地質(zhì)勘探報告，此段路基為3—4.5m的軟土地基，下部為卵石土及砂巖，上部有耕植黃土覆蓋。而該路段離黃河較遠，地下水位不高，所以設計采用清理上部1—2m淤泥，然后再用拋石擠淤。

對于軟基的處理，分兩種方式：第一，軟弱土層不大于2m且不易開挖，則直接采用拋片石擠淤；第二，軟弱土層大于2m，小于4m，采用清理上部1～2m淤泥后，再采用拋片石擠淤。另外，需用袋裝砂礫土，在側壁開挖時進行維護。

拋石擠淤要求擠JHJ淤泥量大于70%，并且處理的范圍比路基寬1m，待處理完成后，在其上攤鋪50Cm厚的砂礫墊層，然后再鋪設雙層土工格柵。拋石應該采取拋一層壓一層，最后使片石面高于淤泥或水面50cm。另外，要求路堤沿路基邊沿向外拓寬一米，并分層壓實，碎石找平，且每層厚度應小于60Cm。

材料要求：拋石擠淤采用的片石中間直徑應在30—60cm之間；水塘擠淤片石中間直徑控制在30—lOOCm之間。不能用腐質(zhì)巖石，并且抗壓強度大于30 Mpa，同上述方法，分層拋石，碎石找平，重型壓路機壓實。

土工格柵要求：在天然砂礫土上鋪設土工格柵，且土工格柵是具有拉伸性的，當伸長率為20時，抗拉強度不小于20kN/m，極限抗拉強度不小于50kN/m。

2 仿真數(shù)值模擬

以該公路軟基拋石擠淤為背景，進行仿真數(shù)值模擬。其中基本參數(shù)取白該軟基路段，路基寬23m，高4m，1：1.5放坡。根據(jù)對稱性，可取路基的一半進行模型仿真。其中地基的深度取20m，以使邊界對計算的影響降低。本文將距路堤坡腳以外寬度壓縮至35m，這樣有利于模型的建立。要求路基高4m，使用分層填筑，每層填Im。

2.1 有限元模型參數(shù)

為簡便計算，可以將模型轉(zhuǎn)變?yōu)槎S平面問題，簡化方法：對模型設置約束條件，兩側為不透水邊界，只約束水平位移；底部為透水邊界，水平、豎向位移都約束。其中，數(shù)值計算方面，采用摩爾一庫侖模型，破壞應力的定量分析采用摩爾一庫侖破壞準則及有效強度參數(shù)。在PLAXIS程序中，有兩個節(jié)點單元可供選擇，15節(jié)點和6節(jié)點單元，選擇節(jié)點多的15節(jié)點單元能使應力計算的結果更為精確，模型如圖l所示。

根據(jù)模型分析表明，淤泥厚度大，有利于分析對地基處理的效果，且更易于模型的建立，所以取淤泥厚為6.5m的軟土地基作為研究對象。其中，上部覆蓋根植黃土Im，淤泥厚4m，地下水位在淤泥層與黃土層交界處，卵石層則取至模型底部。模擬過程中，水位取在回填砂礫土0.5m厚的位置。

2.2 拋石擠淤效果分析

本文選取淤泥為4m厚和6.5m厚為例，根據(jù)淤泥摩擦角和粘聚力兩個參數(shù)的變化，來計算地基的沉降，得出曲線如圖2所示。

圖2中（10，7.5）～10 C（30，27.5）具體變化數(shù)值如表1所示。

在上述分析的基礎之上，取摩擦角22，粘聚力19.5為起點，以拋石擠淤的參數(shù)變化來模擬實際拋石擠淤的地基沉降變化，得到曲線如圖3所示。

由圖3可知，拋石粘聚力的變化對地基沉降量影響不大。在淤泥的作用下，拋石粘聚力變化也不會太大，這說明拋石主要作用是置換淤泥和充當承重材料，并且石塊間縫隙大，有利于排水，能加快地基固結，使得孔隙水壓力消散，從而使地基承載力提高。

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