抛石挤淤加固公路软基机理研究

朱彦鹏+陈琰娇

摘要：选取兰永一级公路的9标段抛石挤淤处理段作为模型，采用有限元软件PLAXIS对其进行数值模拟研究并与实际监测资料进行对比分析；首先对比未处理和经抛石挤淤处理后的地基沉降、水平位移及孔隙水压力，然后选择模型的1个影响因素作为变量，研究该变量对抛石挤淤处理软土地基效果的影响，最后将模拟结果与实际监测数据进行对比。结果表明：经处理后的地基沉降和水平位移均明显减小，并且复合模量较大，整体性较强；孔隙水压力减小说明抛石挤淤处理使地基固结加快；路基沉降量均随抛石体模量、宽度及厚度的增大而减小；随回填砂土厚度变化不规律，需考虑实际情况及当地经验选取抛石体；模拟结果与实际监测结果相差不大，满足工程需求。

关键词：地基处理；抛石挤淤；加固机理；数值模拟；监测数据

中图分类号：TU472文献标志码：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

随着公路建设规模的扩大和水平的不断提高，软弱地基处理成为公路建设中不可避免的重要组成部分，由于特殊的性质使其成为公路建设的一大难题，在公路的科研、设计、施工以及养护工作中受到越来越多的重视。抛石挤淤作为软弱地基处理的一种方法，由于施工简便、工期短、经济节约等优点得到越来越多的应用[110]。抛石挤淤法是指在没有硬壳层的软土地基底部抛投片石，使片石将淤泥挤出地基范围以提高地基的承载能力。闫澍旺等[11]选择不同截面形状，考虑隆起淤泥对承载力的有利影响，推导出与实际情况吻合的抛石计算公式，同时通过试验得到淤泥的变形趋势和DH曲线（D为试验中加载以后碎石的下沉深度，H为等效高度），验证了推导抛石计算公式的适用性。本文依托兰州新城—永靖沿黄河快速通道（以下简称兰永一级公路）项目，就软土地基处理中的抛石挤淤法进行探讨，分析其加固机理及处理效果。

软土地基上高速公路路堤最突出的问题就是稳定和沉降。在抛石挤淤处理过程中根据填筑体接底的情况可能出现以下3种状况：悬浮式、接底式和侧向约束式[12]。抛石挤淤机理不仅是压载问题，张明鸣等[13]通过颗粒流算法得出抛石挤淤机理是由于抛石从高处将势能转化为动能破坏淤泥结构，使局部应力集中，这样块石便挤开淤泥进入其中。陈子龙[14]根据高填方公路路基软基工程实例介绍了抛石挤淤强夯方法，现场试验和实际监测结果表明复合地基强度提高能够满足路基施工规范要求。姜景山[15]通过分析路基应力变形形状得出抛石挤淤法作用机理为淤泥浅层间抛投的碎石互相挤紧咬合，从而形成一个硬壳层，达到加固地基的目的。本文结合兰永一级公路项目，根据地基条件，采用有限元软件PLAXIS建立路基模型，选取不同的影响因素分别作为单个变量，假定其他条件不变，对路基地基沉降进行模拟，通过分析此变量对地基沉降量和水平位移的影响，确定其最优取值，并且通过所有参数的变化模拟结果，分析抛石挤淤处理软土地基加固机理及效果。