抛石挤淤法在高等级公路软基处理中的应用及仿真模拟
朱红军
摘要：以某一级公路为例，对于不易开挖和换填且厚度不大于2m的软弱地基，采用抛石挤淤的方式处理；分析了有限元模型参数，并以4m、6.5m厚淤泥段为例，验证抛石挤淤的效果。
关键词：软弱地基；地基处理；抛石挤淤
软土地基是公路建设中常见的困难，如果不对其进行处理，将会引起路基的稳定性降低，使路面出现破损，从而引发交通安全事故。为使软土对路基不造成严重影响，必须对软土地基进行处理，使其能够达到设计要求所需。
1 抛石挤淤软基处理方法
该公路的设计时速为60 km/h，分整体和分离式路基，宽分别为23m，11.25m。全线有特大桥8座，共长15431.5m，分离式大桥10座，共长3090m，整体式大桥9座，共长2505m，整体式中桥2座，共长134m，小桥10座，共长242.4m，分离式中桥3座，共长241m，渡槽3座，共180m，隧道3座，共长3941m，天桥1座，长69.5m，互通式立交4处，涵洞110道平面交叉27处。
以该公路的K44+840～K46+600段为工程背景，该路段原为河谷低洼冲积层，现在为耕地。据地质勘探报告，此段路基为3—4.5m的软土地基，下部为卵石土及砂岩，上部有耕植黄土覆盖。而该路段离黄河较远，地下水位不高，所以设计采用清理上部1—2m淤泥，然后再用抛石挤淤。
对于软基的处理，分两种方式：第一，软弱土层不大于2m且不易开挖，则直接采用抛片石挤淤；第二，软弱土层大于2m，小于4m，采用清理上部1～2m淤泥后，再采用抛片石挤淤。另外，需用袋装砂砾土，在侧壁开挖时进行维护。
抛石挤淤要求挤JHJ淤泥量大于70%，并且处理的范围比路基宽1m，待处理完成后，在其上摊铺50Cm厚的砂砾垫层，然后再铺设双层土工格栅。抛石应该采取抛一层压一层，最后使片石面高于淤泥或水面50cm。另外，要求路堤沿路基边沿向外拓宽一米，并分层压实，碎石找平，且每层厚度应小于60Cm。
材料要求：抛石挤淤采用的片石中间直径应在30—60cm之间；水塘挤淤片石中间直径控制在30—lOOCm之间。不能用腐质岩石，并且抗压强度大于30 Mpa，同上述方法，分层抛石，碎石找平，重型压路机压实。
土工格栅要求：在天然砂砾土上铺设土工格栅，且土工格栅是具有拉伸性的，当伸长率为20时，抗拉强度不小于20kN/m，极限抗拉强度不小于50kN/m。
2 仿真数值模拟
以该公路软基抛石挤淤为背景，进行仿真数值模拟。其中基本参数取白该软基路段，路基宽23m，高4m，1：1.5放坡。根据对称性，可取路基的一半进行模型仿真。其中地基的深度取20m，以使边界对计算的影响降低。本文将距路堤坡脚以外宽度压缩至35m，这样有利于模型的建立。要求路基高4m，使用分层填筑，每层填Im。
2.1 有限元模型参数
为简便计算，可以将模型转变为二维平面问题，简化方法：对模型设置约束条件，两侧为不透水边界，只约束水平位移；底部为透水边界，水平、豎向位移都约束。其中，数值计算方面，采用摩尔一库仑模型，破坏应力的定量分析采用摩尔一库仑破坏准则及有效强度参数。在PLAXIS程序中，有两个节点单元可供选择，15节点和6节点单元，选择节点多的15节点单元能使应力计算的结果更为精确，模型如图l所示。
根据模型分析表明，淤泥厚度大，有利于分析对地基处理的效果，且更易于模型的建立，所以取淤泥厚为6.5m的软土地基作为研究对象。其中，上部覆盖根植黄土Im，淤泥厚4m，地下水位在淤泥层与黄土层交界处，卵石层则取至模型底部。模拟过程中，水位取在回填砂砾土0.5m厚的位置。
2.2 抛石挤淤效果分析
本文选取淤泥为4m厚和6.5m厚为例，根据淤泥摩擦角和粘聚力两个参数的变化，来计算地基的沉降，得出曲线如图2所示。
图2中（10，7.5）～10 C（30，27.5）具体变化数值如表1所示。
在上述分析的基础之上，取摩擦角22，粘聚力19.5为起点，以抛石挤淤的参数变化来模拟实际抛石挤淤的地基沉降变化，得到曲线如图3所示。
由图3可知，抛石粘聚力的变化对地基沉降量影响不大。在淤泥的作用下，抛石粘聚力变化也不会太大，这说明抛石主要作用是置换淤泥和充当承重材料，并且石块间缝隙大，有利于排水，能加快地基固结，使得孔隙水压力消散，从而使地基承载力提高。
参考文献：
[1]李月光，聂敏高速公路软土地基沉降影响因素敏感性灰色关联分析[J]系统工程理论与实践，2010，30（5）：956-960.
[2]陈志辉，程晓辉饱和土体固结压缩和蠕变的热力学本构理论及模型分析[J]岩土工程学报，2014，36（3）：489-498
[3]曾开华，俞建霖，龚晓南高速公路通道软基低强度混凝土桩处理试验研究[J]岩土工程学报，2003，25（6）： 715-719
