鄭立善1， 謝 威2， 宋錄彬2， 張新雷， 婁 平

(1. 廣東省湛江市公路管理局， 廣東 湛江 524000； 2.中建湛江大道投資建設(shè)有限公司， 廣東 湛江 524000；3.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 長沙 410075)

0 引言

雖然我國的公路施工技術(shù)有了長足的進步和發(fā)展，但是每年由于公路質(zhì)量問題依然造成了不可估量的人員財產(chǎn)損失?？刂坡坊两狄恢笔锹坊┕さ闹攸c，尤其是軟土路基，由于軟土天然含水量大、壓縮性高、承載能力低等不良性質(zhì)更易引發(fā)公路路基沉降和不均勻沉降[1]，開展大范圍軟土一級公路路基沉降控制理論分析及技術(shù)研究具有十分重要的意義。

軟土具有高壓縮性、低強度、低滲透性等共同特性，在國內(nèi)外均分布廣泛。針對軟土地層公路路基的沉降變形規(guī)律以及沉降控制技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究。關(guān)于路基的固結(jié)沉降研究，瑞典學(xué)者們于上個世紀初期最先發(fā)現(xiàn)軟黏土的排水固結(jié)沉降現(xiàn)象。隨后，TERZAGHI[2]于1923年提出了有效應(yīng)力的概念，并于1925年的土力學(xué)國際會議上首次提到一維固結(jié)理論。RENDULIC[3]以一維固結(jié)理論為基礎(chǔ)，將其理論推廣至了二維和三維的固結(jié)理論。BIOT[4]基于有效應(yīng)力原理和土的連續(xù)體力學(xué)，推導(dǎo)得出了著名的Biot固結(jié)方程。基于這些固結(jié)理論，國內(nèi)外工程人員和研究人員又相繼提出了不少的軟土路基處理技術(shù)，我國從上世紀50年代開始，相應(yīng)進行土樁擠密法和換填土層法的試驗及應(yīng)用，70年代又引進了旋噴法和振沖碎石樁法，并結(jié)合國內(nèi)實際條件進行了改進和發(fā)展[5]。其中碎石樁由于能夠?qū)扼w和地基結(jié)合共同承擔(dān)荷載，從而相對經(jīng)濟和高效，逐漸成為了國內(nèi)外軟土治理最常用的方法之一。MURUGESAN等[6]通過建立二維有限元數(shù)值對加筋碎石單樁承載能力進行了研究。陳建峰等[7]探究了不同筋材剛度對加筋碎石樁復(fù)合地基變形和穩(wěn)定性的影響。趙明華等[8]考慮了橫截面剪應(yīng)力對位移的影響,并對碎石樁在柔性基礎(chǔ)中的變形控制方程進行了推導(dǎo),計算出了碎石樁復(fù)合地基在柔性基礎(chǔ)中的應(yīng)力比和沉降。袁江雅[9]探討了土工格室墊層+碎石樁復(fù)合地基的承載機理，分析土工格室墊層對碎石樁復(fù)合地基承載力的提高作用。許健[10]探討了吉林某軟土地基公路工程施工處理技術(shù)。杜慧慧等[11]基于有限元軟件ABAQUS對荷載作用下復(fù)合地基的沉降值、水平位移及樁身應(yīng)力規(guī)律進行研究。

為增加經(jīng)濟效益，也可把形體優(yōu)美（不管大小個）靈芝挑選出來，刷掉孢子粉和泥土，放至蒸鍋內(nèi)蒸紅（5～10分鐘），出鍋曬干或烘干，精心保管，留做工藝靈芝。

本文基于一級公路湛江大道霞山百蓬至麻章田寮村段存在大范圍軟土的實際地質(zhì)條件，探討一級公路路基軟土不同厚度條件下的沉降控制技術(shù)，并選取典型代表斷面，建立碎石樁處理軟土地基的有限元模型，研究路基沉降變形規(guī)律及碎石樁強度對路基沉降的影響規(guī)律，以指導(dǎo)湛江大道軟土地基的現(xiàn)場施工。

1 工程概況

擬建項目省道S374線霞山百蓬至麻章田寮村段改建工程(湛江大道)位于湛江市西側(cè)。

碎石樁法常用于擠密松散的砂土、粉土、素填土以及雜填土地基，它不僅能有效提高地基承載力，降低地基沉降，并且有著高效、經(jīng)濟的工程優(yōu)點。碎石樁樁體大多由碎石、卵石甚至是建筑及工業(yè)垃圾所構(gòu)成，往往可在工程上就地取材，且施工所需條件和難度較低，施工工期較短，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。

擬建工程區(qū)內(nèi)總體地形平坦，地貌單元有海積平原、沖洪積洼地、沖洪積平原、微丘臺地。局部路段分布有軟土，主要分布的軟土為淤泥質(zhì)土、泥炭質(zhì)土，灰黑色，為軟塑～流塑，含少許粉細砂及腐木碎屑。上述軟土層具有天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，強度低，滲透系數(shù)小等特點，工程性質(zhì)差，易產(chǎn)生較大沉降及不均勻沉降，對路基工程影響較大。

2 碎石樁復(fù)合地基沉降控制技術(shù)

2.1 碎石樁法概述

依據(jù)碎石樁設(shè)計方案，選取碎石樁處理路基典型代表斷面，如圖2所示，模型的地基寬度為134 m，總高26.8 m，從上到下分別為路堤填土(厚6 m)、碎石墊層(厚0.5 m)、素填土(厚1 m)、細砂(厚1.6 m)、淤泥質(zhì)土(厚3.1 m)、粗砂(稍密，厚3.1 m)、黏土(厚8.4 m)和粗砂(中密，厚3.1 m)。路堤邊坡坡比1∶1.5，分2層填筑，路堤頂面寬度34 m,路堤高度6.5 m；碎石樁平面布置呈三角形，樁徑為0.5 m，樁間距1.2 m，樁長為10 m, 地基橫斷面碎石樁布置寬度為55.2 m。

圖4是數(shù)值模擬無碎石樁時，堤填筑1層后、2層后及填筑完1 a后填土頂面沉降分布曲線。從圖4可知，沉降曲線大致以填土頂面中心為軸呈對稱分布，填土頂面中心的沉降值最大，并向路基兩端逐漸減小，第1層填筑完畢時最大沉降量為19.07 cm，第2層填筑完畢時最大沉降量為35.73 cm，放置1 a后最大沉降量為35.94 cm，比表3[13]中一般路段容許沉降值大。

宣傳是一門觀念的營銷藝術(shù)。它通過各種傳媒技術(shù)，將宣傳者的理念、追求，經(jīng)過精心地包裝和加工后，向受眾進行灌輸、宣傳和推廣，其主要目的就是希望后者了解、認可、支持前者的主張和做法，以此為其特定治理策略提供民意上的合法性基礎(chǔ)。宣傳的性質(zhì)和主要做法類似于廣告學(xué)和市場營銷學(xué)中的推廣和營銷：不斷重復(fù)地播放、無孔不入地覆蓋、簡單明了的字眼、字面上的暖意和溫情、有意識的方向引導(dǎo)等。盡管有些宣傳本身被不少人指責(zé)為“選擇性報道”(只報喜不報憂)、“傾向性引導(dǎo)”，但作為一項被黨政系統(tǒng)熟練操作的技術(shù)，其在運動式治理中還是有諸多價值的。

抽象域[10]是指通過一組由計算機可以表示的元素命名為域元素以及基于該元素定義的一系列的操作，稱為域操作，來對具體的程序所進行的抽象刻畫。在抽象解釋的理論基礎(chǔ)上的分析驗證過程都是在程序的抽象域中展開的。作為抽象解釋的理論中的一個核心概念，抽象域的描述要從抽象域的表示（即域元素的描述）和抽象域中的操作，兩方面來考慮。

2.2 湛江大道碎石樁布置

在本工程中，對填方路基段厚層可液化軟土(軟基埋深3～12 m)部分地基處理采用碎石樁。設(shè)計碎石樁樁徑0.5 m，樁間距1.2 m，平面布置呈三角形，如圖1所示。

圖1 碎石樁平面布置圖(單位： mm)

3 碎石樁復(fù)合地基固結(jié)沉降數(shù)值模擬

3.1 模型結(jié)構(gòu)

碎石樁是指由砂、碎石、卵石等無膠凝性材料為主要材料所制成的無粘結(jié)強度的樁。碎石樁法是指與樁周土體形成復(fù)合地基的方法，是利用振動或沖擊將樁管壓入地層成孔,再將碎石等無膠凝性材料從樁管投料口處投入樁管內(nèi),然后擊實振搗擠密,最終制成密實碎石樁。

圖2 碎石樁復(fù)合地基典型斷面圖

圖6表示碎石樁處理后路基表面中心沉降值隨時間變化的關(guān)系曲線，在僅考慮自重和軟土固結(jié)的條件下，路基表面中心沉降值隨著時間增加而增大。在78～258 d的填土填筑階段，路基表面中心沉降值增加較快;在填土填筑完成260 d后，路基表面中心沉降值增長非常緩慢，已接近最大值。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)表土體名稱天然密度/(g·cm-3)彈性模量/MPa泊松比λ滲透系數(shù)/(cm·s-1)粘聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(° )土體名稱天然密度/(g·cm-3)彈性模量/MPa泊松比λ滲透系數(shù)/(cm·s-1)粘聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(° )素填土1.85150.2501.0×10-31210黏土1.90250.3501.0×10-61812細砂1.90400.2753.6×10-3-22粗砂(中密)2.00720.2504.2×10-2-30淤泥質(zhì)土1.50150.4001.0×10-765路基填土2.00320.3001.16×10-31525粗砂(稍密)1.90660.2754.2×10-2-28碎石墊層2.10200.3001.2×10-3-37

圖3 碎石樁復(fù)合地基有限元模型圖

3.2 計算結(jié)果討論與分析

3.2.1碎石樁復(fù)合地基固結(jié)沉降規(guī)律分析

(2)鑒于二維地震勘探固有的缺陷，在煤層氣勘探開發(fā)階段，建議采用寬方位高精度三維地震技術(shù)對勘探開發(fā)井網(wǎng)范圍內(nèi)進行精細構(gòu)造控制；

有限元模型施工過程模擬考慮了碎石樁施工、碎石墊層填筑、路堤填筑以及填筑完放置1 a。其中:碎石樁施工期15 d;碎石墊層0.5 m，填筑期60 d;路堤填土總高6 m，為便于進行計算,路堤施工分2級加載[12]，路堤一層填筑期100 d，二層填筑期80 d。碎石樁模擬采用實體樁，本構(gòu)模型為莫爾-庫倫模型，具體參數(shù)如表2所示，碎石墊層和路堤不考慮滲流的影響。

表2 碎石樁物理力學(xué)參數(shù)表天然密度/(g·cm-3)彈性模量/MPa泊松比λ滲透系數(shù)/(cm·s-1)粘聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(° )2.2200.31.2×10-3-38

只要買了LV，你的北漂就成功了；好的父母，一定喂孩子進口奶粉；每年一次出國旅游，是中產(chǎn)階級的底線……所以，“富”是自我預(yù)期，當(dāng)短期內(nèi)不能達到這個預(yù)期時，很多人都會退而求其次的讓自己“看起來富一點”。

圖5是數(shù)值模擬碎石樁處理后路堤填筑1層后、2層后及填筑完1 a后填土頂面沉降分布曲線。由圖可知，沉降曲線大致以填土頂面中心為軸呈對稱分布，填土頂面中心的沉降值最大，并向路基兩端逐漸減小，第1層填筑完畢時最大沉降量為5.63 cm，第2層填筑完畢時最大沉降量為11.63 cm，放置1 a后最大沉降為11.73 cm，小于表3中一般路段容許沉降值。路基橫斷面表面中心與端部沉降差值為2.68 cm。

圖4 無碎石樁時不同階段填土頂面沉降分布曲線圖

表3 工后容許沉降值m公路等級不同工程位置的沉降值橋臺與路堤相鄰處涵洞、箱涵、通道處一般路段一級公路≤0.1≤0.2≤0.3

圖5 碎石樁處理后不同階段填土頂面沉降分布曲線圖

根據(jù)各土層材料力學(xué)性能特點，在本模型中淤泥質(zhì)土采用修正劍橋本構(gòu)模型，其余各地基土層、路堤填土、碎石墊層均采用莫爾-庫倫本構(gòu)模型，地下水位位于地下2.5 m，各土層材料相關(guān)力學(xué)計算參數(shù)如表1所示。模型頂面采用自由邊界，左右側(cè)考慮設(shè)置限制水平位移的邊界條件，模型底部采用固定約束，在素填土表面設(shè)置排水邊界。碎石樁分布區(qū)域及路堤填土區(qū)域為重點區(qū)域，網(wǎng)格劃分較密，其余區(qū)域網(wǎng)格劃分較疏,單元類型采用三角形單元。模型計算過程中僅考慮結(jié)構(gòu)自重作用，模型初始應(yīng)力考慮為原地基土的自重應(yīng)力。采用MIDAS GTY NX有限元軟件建立考慮路堤-地基-碎石樁的有限元模型，有限元模型網(wǎng)格劃分如圖3所示。

圖6 路基表面中心沉降隨時間變化關(guān)系曲線圖

3.2.2碎石樁復(fù)合地基固結(jié)沉降影響因素分析

圖7表示在不同樁體彈性模量下0(無樁)、20、40、60 MPa，施工完1 a后路基表面的沉降分布曲線。由圖可知，隨著彈性模量的增大，路基表面的最大沉降值顯著減小，在樁體彈性模量為0、20、40、60 MPa時，路基表面最大沉降分別為35.94、11.73、9.39、8.45 cm。同時，在樁體彈性模量為0、20、40、60 MPa時，路基橫斷面表面中心與端部沉降差值分別為6.55、2.68、2.25、2.05 cm。由結(jié)果可知，路基表面最大沉降及沉降差值受彈性模量變化影響較大，因此保證碎石樁的樁體強度質(zhì)量是控制地基沉降的關(guān)鍵。

圖7 不同樁體彈性模量下路基表面沉降分布曲線圖

4 結(jié)論

對一級公路施工中的軟土路基控制分析是保證后期公路正常使用的重點。本文基于一級公路湛江大道霞山百蓬至麻章田寮村段改建工程，對大范圍軟土路基沉降控制技術(shù)展開了研究，采用MIDAS GTY NX有限元軟件建立考慮路堤-地基-碎石樁的有限元模型，研究軟土固結(jié)的路基沉降變形規(guī)律及碎石樁強度對路基沉降的影響規(guī)律。得到了以下結(jié)論:

1) 經(jīng)過碎石樁處理后，路基表面最大沉降量在260 d左右趨于穩(wěn)定。路基表面的最大沉降量、路基橫斷面表面中心與端部沉降差值均滿足一級公路的正常使用要求。與無碎石樁處理的數(shù)值模擬結(jié)果相比，碎石樁處理能有效控制路基的沉降。

圍繞長江大保護戰(zhàn)略，緊扣河湖永暢長清目標，持續(xù)開展健康河湖科學(xué)研究、評價指標和標準制定等工作，為推進河湖長制提檔升級、維護健康生命提供技術(shù)支撐。

2) 隨著碎石樁彈性模量的增大，路基表面的最大沉降值顯著減小，路基橫斷面表面中心與端部沉降差值亦減小，因此保證碎石樁的樁體強度是控制地基沉降的關(guān)鍵。