抛石挤淤法在淤泥地质路基中的应用效果分析

2022-11-17何炜

西部交通科技 2022年9期

何炜

(桂林公路发展中心，广西桂林 541002)

0 引言

公路路基施工过程中，经常遇到诸如淤泥等特殊土质，对其进行加固是路基处理的首要问题。李民、任永明等[1-2]以某沿海地区厚淤泥质土上建设道路工程为研究对象，采用抛石挤淤分层铺设，通过现场施工监测，证明该方法的有效性。陈子龙、赵方毅[3-4]以某高速公路软土路基处理为研究对象，采用抛石挤淤强夯置换法处理填方软土边坡，工程实践表明，采用该方法加固效果良好，能满足路基的施工规范。周治刚、李章飞等[5-6]以某软土路基加固为例，采用现场监测和试验的研究手段，对抛石挤淤法加固效果进行了分析，结果表明采用抛石挤淤法加固方式可以有效地降低孔隙水压力，提高路基强度，减小路基侧向变形。林晓旭等[7]以某市政道路工程为研究对象，对换填法、强夯置换法、抛石挤淤法和碎石挤密桩法加固软基进行了对比分析，结果表明，采用抛石挤淤法时原材料容易获取且价格低廉，施工工艺简单，加固效果良好。为了深入分析淤泥路基沉降的影响因素和规律，以及验证抛石挤淤法的加固效果，本文以某淤泥地质上部建设公路工程为研究对象，采用数值模拟的方法，分析了淤泥自身特性和路基修筑高度对路基稳定性的影响，并着重对抛石挤淤处理前后效果进行了对比，研究结果可为工程设计和施工提供参考。

1 概况

某公路工程存在一定厚度的淤泥地质土，拟采用抛石挤淤法进行加固处理。该路基宽度值为25 m，坡率为1∶1.5，路基设计高度为4 m。原始地表向下依次为黄土、淤泥层和粉质黏土，厚度分别为0.7 m、10.2 m和9.1 m。路基填筑过程中，采用分层铺填碾压的方法，且每次填筑高度为1.0 m。

2 模型的建立

采用有限元软件PLAXIS进行数值模拟，图1所示为建立的数值模型图。路基的顶部宽度取值为25.0 m，高度为4 m，坡率为1∶1.5。由于路基的对称性，本文取右半侧进行建模分析。模型整体长度为60 m，模型宽取10 m，原始地表从上至下依次为黄土、淤泥层和粉质黏土，厚度分别为0.7 m、10.2 m和9.1 m。模型除上边界外，其他边界均进行位移约束，模型均采用摩尔-库仑本构模型。下页表1为天然土体的物理力学参数。排水类型设置为不排水。

图1 数值模型图

采用抛石挤淤方法处理软土路基，下页表2给出了路基换填后土体的物理力学参数，采用摩尔-库仑本构模型。排水类型设置为排水。

3 淤泥质路基沉降影响因素分析

淤泥土质作为特殊土的一种，具有力学强度低、压缩性强等特点。分析淤泥自身特性和路基修筑高度对路基稳定性具有重要意义。

表1 天然土体的物理力学参数表

表2 路基换填后土体的物理力学参数表

3.1 淤泥自身因素影响分析

图2所示为路基最大沉降随淤泥模量变化曲线。由图2可知，随着淤泥模量的增大，路基最大沉降减小，淤泥模量取1.0 MPa、2.0 MPa和3.0 MPa时对应的路基最大沉降量分别137.2 mm、97.6 mm和79.1 mm，相比于淤泥模量取1.0 MPa时，淤泥模量取2.0 MPa和3.0 MPa时对应的路基最大沉降量分别减小了28.9%和42.3%。综上可知，淤泥模量对于降低路基沉降有着重要作用，通过提高淤泥模量，可以有效地减小路基沉降，增大其承载力。

图2 路基最大沉降量随淤泥模量变化曲线图

淤泥厚度对路基承载力和沉降有着重要影响，图3所示为不同淤泥厚度下路基沉降变化曲线。由图3可知，路基中心沉降最大，往两侧逐渐减小，随着淤泥厚度的增大，路基最大沉降逐渐增大，淤泥厚度取8 m、10 m、12 m和14 m时对应的路基最大沉降量分别98.2 mm、101.4 mm、113.5 mm和124.8 mm，相比于淤泥厚度取8 m时，淤泥厚度取10 m、12 m和14 m时对应的路基最大沉降量分别增大了3.3%、15.3%和27.1%。综上可知，淤泥的厚度对路基的沉降影响较大，通过减小淤泥厚度可以有效减小路基沉降，因此在设计和施工过程中应加大对淤泥的深度置换。

淤泥渗透系数可以反映流体通过淤泥孔隙骨架的难易程度，图4所示为路基沉降随淤泥渗透系数变化曲线。由图4可知，随着淤泥渗透系数的增大，路基最大沉降略微减小，淤泥渗透系数取4×10-4m/d、6×10-4m/d、8×10-4m/d和10×10-4m/d时对应的路基最大沉降量分别101.4 mm、98.1 mm、97.5 mm和97.1 mm，相比于淤泥渗透系数取4×10-4m/d时，淤泥渗透系数取6×10-4m/d、8×10-4m/d和10×10-4m/d时对应的路基最大沉降量分别减小了3.2%、3.8%和4.2%。综上可知，通过增大淤泥渗透系数来减小路基沉降的效果非常有限，这与淤泥本身的渗透性很小，孔隙水压力消散慢有关。

图3 路基最大沉降量随淤泥厚度变化曲线图

图4 路基最大沉降量随淤泥渗透系数变化曲线图

3.2 路基填高影响分析

图5所示为路基最大沉降随填土高度变化曲线。由图5可知，随着填土高度的增大，路基最大沉降逐渐增大，相比于填土高度取1.0 m时，填土高度为2.0 m、3 m和4 m时对应路基最大沉降量增大了1.24倍、1.82倍和3.23倍。综上可知，路基填土高度对路基沉降有着较大的影响，这与当填土高度增大时，荷载的增大导致路基沉降增大有关。

图5 路基最大沉降量随填土高度变化曲线图

图6所示为路基沉降随路基填土速率变化曲线。由图6可知，两种填土速率下的沉降量曲线基本吻合，路基最大沉降差在2%，说明填土速率的变化对路基总沉降影响不大。然而，现有的研究表明，路基填筑过快会导致其固结和沉降不充分，而过慢又会影响上部面层的施工，因此施工过程中应合理控制填土速率，一般以每月1 m为宜。

图6 路基最大沉降量随路基填土速率变化曲线图

4 抛石挤淤处理效果分析

为了分析采取加固措施前后路基的沉降变化，图7所示为加固处理前后路基沉降对比曲线。由图7可知，分别在距离路基中心水平0 m、2 m、4 m、6 m、8 m、10 m和12 m处设置监测点，结果表明采用抛石挤淤法加固路基之后，监测点处路基沉降依次减小了40.5%、40.3%、41.0%、40.3%、39.9%、37.5%和42.5%。综上可知，采用抛石挤淤处理后，路基沉降降低约40%，说明采用抛石挤淤处理方法处理路基效果显著。