公路软土地基处理技术及模拟分析

■王俊海 ■中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610023

1 工程概况及设计要求

福建某高速公路沿线地质、地貌条件比较复杂，区内存在不少不良地质路段，部分路段为软基路堤。稳定性和沉降量是软土地基路堤设计中最为重要的两项指标，软基路堤处治主要解决路堤的稳定与沉降问题。公路路基设计规范要求路堤施工期路堤稳定性安全系数大于1.2，运营期稳定性安全系数大于1.4，工后沉降小于0.2 米。根据软基路堤的设计原则和常用的软基处治方法，结合本工程软土地基的具体情况，提出采用强夯置换+加筋+填土预压地基处理方案，该方案不涉及征用土地的问题，对环境的影响也较小。本文将采用有限元方法，通过有限元模拟软件计算获取各级荷载在不同时间的垂直位移(沉降)、水平位移和孔隙水压力以及各点的应力、应变，代入简化毕晓普法方程即可求得各时期的安全系数［2］。

2 计算参数

软土的分布及软土的基本性质是软土地基处治的先决条件，有限元模拟的软土基地参数需要通过工程地质勘察获得，必要时还应对各段软土采用静力触探与现场挖坑相结合的方法进行软基分布范围及厚度的验证，同时选取典型路段进行取样试验，补充完善相关设计参数［3］。现场调查表明，该道路四段软土其性状基本类似，软土层没有明显的分层特性，深度在2.5～6.0m，含水率在37%～56%，孔隙比在1.02～1.56，湿密度在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、下大的现象，所有土层天然含水量均大于塑限但小于液限，孔隙比大于1.0，表明地基土为软粘土。由固结试验结果可知，各土层的压缩模量为1～3，具有高压缩性，渗透系数为10-7m/s 量级，透水性好于淤泥。三轴试验结果表明，土层的快剪强度指标从上至下逐渐增加，强度指标略高于海相沉积软粘土(沿海软粘土)和湖相沉积软粘土。因此，在进行有限元分析时，可将地基土层分为软土层和风化岩石层建模。根据前述试验，结合经验则采用的土体参数见表1。

表1 有限元分析的计算参数

3 软土地基地基处理方案的模拟分析

强夯置换+加筋+填土预压地基处理方案，采用有限元软件对其变形特性进行计算分析［4］。强夯置换是采用强夯将碎石打入软土中，从而提高路基的强度。根据试验，本路段的置换深度可达2.5m。强夯设计采用直径为2m 的锤，间距4.5m，按梅花形布置，强夯置换层参数为:内聚力C=19.6Kpa，内摩擦角φ=23.6。根据工程的具体情况，将地基分为软土层和风化岩石层两层土层，考虑施工稳定性，在路堤底部铺设8 层土工格栅，建立如图1 所示的有限元分析模型。土体的加载按规划的填土加载曲线进行。路堤特征点的沉降及剩余沉降量见表2，稳定性安全系数的变化如图2 所示。

图1 有限元计算模型

图2 施工期稳定安全系数随时间的变化

表2 特征点不同时间沉降及剩余沉降

由表2 可知，路基填筑施工期结束时，地基完成沉降95%以上，剩余沉降在2cm 左右，工后90 天沉降基本结束，满足规范对沉降的要求。这表明强夯置换碎石的处治效果明显。

由图2 可知，路基填筑施工期的安全系数均大于1.2，运营期安全系数大于1.4，满足规范要求，这表明采用工程是安全的。因此，本工程采用强夯置换法进行处治是合适的。

4 结论

地基处理的目的是采用各种技术措施对地基土进行加固，改善地基土的工程特性，有效控制路基的稳定性和沉降。软土地基处理不当容易导致路堤的较大变形和失稳问题，造成道路的过早破坏，需要结合工程的具体情况，通过对多种方案的对比分析，选择合适的处置方案。采用有限元软件可以模拟软土路堤的变形特性，通过计算路堤稳定性安全系数和沉降量对地基处理技术的可行性进行判断，为公路工程软土地基的设计与施工提供指导。

［1］赵丽芳，邹恩杰，罗烈日.黄土地区高填方路堤稳定性数值模拟研究［J］.公路，2013，58(12):22 -26.

［2］冯忠居，曹文海.软弱地基上高填方路堤沉降观测及数值分析［J］.兰州理工大学学报，2013，39(2):126 -129.

［3］逢成万，丁海峰，袁启旺.高填方路堤沉降特性数值模拟分析［J］.市政技术，2010，28(3):141 -143.

［4］徐平，乐金朝，刘忠玉，等.高填方路堤强夯效果的现场检测及三维有限元模拟［J］.工程地质学报，2009，17(2):268 -273.