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        公路軟土地基處理技術(shù)及模擬分析

        2015-12-02 01:43:30王俊海中冶成都勘察研究總院有限公司四川成都610023
        江西建材 2015年10期
        關(guān)鍵詞:填方路堤軟土

        ■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(jì)要求

        福建某高速公路沿線地質(zhì)、地貌條件比較復(fù)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(jì)中最為重要的兩項(xiàng)指標(biāo),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(jì)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(yùn)營(yíng)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(jì)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(qiáng)夯置換+加筋+填土預(yù)壓地基處理方案,該方案不涉及征用土地的問題,對(duì)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(jì)算獲取各級(jí)荷載在不同時(shí)間的垂直位移(沉降)、水平位移和孔隙水壓力以及各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變,代入簡(jiǎn)化畢曉普法方程即可求得各時(shí)期的安全系數(shù)[2]。

        2 計(jì)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(shí)還應(yīng)對(duì)各段軟土采用靜力觸探與現(xiàn)場(chǎng)挖坑相結(jié)合的方法進(jìn)行軟基分布范圍及厚度的驗(yàn)證,同時(shí)選取典型路段進(jìn)行取樣試驗(yàn),補(bǔ)充完善相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)[3]。現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)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(jí),透水性好于淤泥。三軸試驗(yàn)結(jié)果表明,土層的快剪強(qiáng)度指標(biāo)從上至下逐漸增加,強(qiáng)度指標(biāo)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(jìn)行有限元分析時(shí),可將地基土層分為軟土層和風(fēng)化巖石層建模。根據(jù)前述試驗(yàn),結(jié)合經(jīng)驗(yàn)則采用的土體參數(shù)見表1。

        表1 有限元分析的計(jì)算參數(shù)

        3 軟土地基地基處理方案的模擬分析

        強(qiáng)夯置換+加筋+填土預(yù)壓地基處理方案,采用有限元軟件對(duì)其變形特性進(jìn)行計(jì)算分析[4]。強(qiáng)夯置換是采用強(qiáng)夯將碎石打入軟土中,從而提高路基的強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn),本路段的置換深度可達(dá)2.5m。強(qiáng)夯設(shè)計(jì)采用直徑為2m 的錘,間距4.5m,按梅花形布置,強(qiáng)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(fēng)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(jìn)行。路堤特征點(diǎn)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(jì)算模型

        圖2 施工期穩(wěn)定安全系數(shù)隨時(shí)間的變化

        表2 特征點(diǎn)不同時(shí)間沉降及剩余沉降

        由表2 可知,路基填筑施工期結(jié)束時(shí),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(duì)沉降的要求。這表明強(qiáng)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(yùn)營(yíng)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(qiáng)夯置換法進(jìn)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(duì)地基土進(jìn)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(dāng)容易導(dǎo)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(duì)多種方案的對(duì)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(jì)算路堤穩(wěn)定性安全系數(shù)和沉降量對(duì)地基處理技術(shù)的可行性進(jìn)行判斷,為公路工程軟土地基的設(shè)計(jì)與施工提供指導(dǎo)。

        [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(cè)及數(shù)值分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,39(2):126 -129.

        [3]逢成萬(wàn),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(qiáng)夯效果的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及三維有限元模擬[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2009,17(2):268 -273.

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