■王俊海 ■中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023

1 工程概況及設(shè)計要求

福建某高速公路沿線地質(zhì)、地貌條件比較復雜，區(qū)內(nèi)存在不少不良地質(zhì)路段，部分路段為軟基路堤。穩(wěn)定性和沉降量是軟土地基路堤設(shè)計中最為重要的兩項指標，軟基路堤處治主要解決路堤的穩(wěn)定與沉降問題。公路路基設(shè)計規(guī)范要求路堤施工期路堤穩(wěn)定性安全系數(shù)大于1.2，運營期穩(wěn)定性安全系數(shù)大于1.4，工后沉降小于0.2 米。根據(jù)軟基路堤的設(shè)計原則和常用的軟基處治方法，結(jié)合本工程軟土地基的具體情況，提出采用強夯置換+加筋+填土預壓地基處理方案，該方案不涉及征用土地的問題，對環(huán)境的影響也較小。本文將采用有限元方法，通過有限元模擬軟件計算獲取各級荷載在不同時間的垂直位移(沉降)、水平位移和孔隙水壓力以及各點的應力、應變，代入簡化畢曉普法方程即可求得各時期的安全系數(shù)［2］。

2 計算參數(shù)

軟土的分布及軟土的基本性質(zhì)是軟土地基處治的先決條件，有限元模擬的軟土基地參數(shù)需要通過工程地質(zhì)勘察獲得，必要時還應對各段軟土采用靜力觸探與現(xiàn)場挖坑相結(jié)合的方法進行軟基分布范圍及厚度的驗證，同時選取典型路段進行取樣試驗，補充完善相關(guān)設(shè)計參數(shù)［3］?，F(xiàn)場調(diào)查表明，該道路四段軟土其性狀基本類似，軟土層沒有明顯的分層特性，深度在2.5～6.0m，含水率在37%～56%，孔隙比在1.02～1.56，濕密度在1.68～1.84g/cm3，比重在2.64～2.68。而且地基土天然含水量呈上大、中小、下大的現(xiàn)象，所有土層天然含水量均大于塑限但小于液限，孔隙比大于1.0，表明地基土為軟粘土。由固結(jié)試驗結(jié)果可知，各土層的壓縮模量為1～3，具有高壓縮性，滲透系數(shù)為10-7m/s 量級，透水性好于淤泥。三軸試驗結(jié)果表明，土層的快剪強度指標從上至下逐漸增加，強度指標略高于海相沉積軟粘土(沿海軟粘土)和湖相沉積軟粘土。因此，在進行有限元分析時，可將地基土層分為軟土層和風化巖石層建模。根據(jù)前述試驗，結(jié)合經(jīng)驗則采用的土體參數(shù)見表1。

表1 有限元分析的計算參數(shù)

3 軟土地基地基處理方案的模擬分析

強夯置換+加筋+填土預壓地基處理方案，采用有限元軟件對其變形特性進行計算分析［4］。強夯置換是采用強夯將碎石打入軟土中，從而提高路基的強度。根據(jù)試驗，本路段的置換深度可達2.5m。強夯設(shè)計采用直徑為2m 的錘，間距4.5m，按梅花形布置，強夯置換層參數(shù)為:內(nèi)聚力C=19.6Kpa，內(nèi)摩擦角φ=23.6。根據(jù)工程的具體情況，將地基分為軟土層和風化巖石層兩層土層，考慮施工穩(wěn)定性，在路堤底部鋪設(shè)8 層土工格柵，建立如圖1 所示的有限元分析模型。土體的加載按規(guī)劃的填土加載曲線進行。路堤特征點的沉降及剩余沉降量見表2，穩(wěn)定性安全系數(shù)的變化如圖2 所示。

圖1 有限元計算模型

圖2 施工期穩(wěn)定安全系數(shù)隨時間的變化

表2 特征點不同時間沉降及剩余沉降

由表2 可知，路基填筑施工期結(jié)束時，地基完成沉降95%以上，剩余沉降在2cm 左右，工后90 天沉降基本結(jié)束，滿足規(guī)范對沉降的要求。這表明強夯置換碎石的處治效果明顯。

由圖2 可知，路基填筑施工期的安全系數(shù)均大于1.2，運營期安全系數(shù)大于1.4，滿足規(guī)范要求，這表明采用工程是安全的。因此，本工程采用強夯置換法進行處治是合適的。

4 結(jié)論

地基處理的目的是采用各種技術(shù)措施對地基土進行加固，改善地基土的工程特性，有效控制路基的穩(wěn)定性和沉降。軟土地基處理不當容易導致路堤的較大變形和失穩(wěn)問題，造成道路的過早破壞，需要結(jié)合工程的具體情況，通過對多種方案的對比分析，選擇合適的處置方案。采用有限元軟件可以模擬軟土路堤的變形特性，通過計算路堤穩(wěn)定性安全系數(shù)和沉降量對地基處理技術(shù)的可行性進行判斷，為公路工程軟土地基的設(shè)計與施工提供指導。

［1］趙麗芳，鄒恩杰，羅烈日.黃土地區(qū)高填方路堤穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究［J］.公路，2013，58(12):22 -26.

［2］馮忠居，曹文海.軟弱地基上高填方路堤沉降觀測及數(shù)值分析［J］.蘭州理工大學學報，2013，39(2):126 -129.

［3］逢成萬，丁海峰，袁啟旺.高填方路堤沉降特性數(shù)值模擬分析［J］.市政技術(shù)，2010，28(3):141 -143.

［4］徐平，樂金朝，劉忠玉，等.高填方路堤強夯效果的現(xiàn)場檢測及三維有限元模擬［J］.工程地質(zhì)學報，2009，17(2):268 -273.