劉蘇弦 劉思佳

摘 要：依托某高速公路工程，提出了軟基處理的新方法，通過建立軟基沉降影響評(píng)價(jià)的數(shù)值模擬模型，利用數(shù)值計(jì)算方法分析其對(duì)路基沉降變形的影響。

關(guān)鍵詞：軟基處理；新方法；沉降影響；數(shù)值模擬

目前我國加固軟土地基的技術(shù)逐漸成熟，常使用的地基處理方法有排水固結(jié)預(yù)壓法、水泥土攪拌法、CFG柱法等。在現(xiàn)代施工技術(shù)、新材料的保障下，及新加固技術(shù)的發(fā)展方向下，本文提出連續(xù)鋼板墻加對(duì)拉筋連接的新型加固結(jié)構(gòu)體系來加固軟弱土路基，在不改變軟弱土的工程物理性質(zhì)的條件下，依靠結(jié)構(gòu)的整體性來約束路堤的變形及提高其承載能力的處理方法，同時(shí)，本文借助有限元數(shù)值技術(shù)模擬新方法對(duì)高速公路軟土路基沉降處理效果。

1工程背景

X工程為位于內(nèi)陸湖泊沿線的某高速公路， 4車道，設(shè)計(jì)速度為120km/h，路基寬28.5m該段軟弱土屬內(nèi)陸湖相沉積地層。其土層的分層情況如下：

第一層：平均厚3m，粘土，軟塑狀，中～高壓縮性。

第二層：平均厚0.8m，極細(xì)砂，濕重度為19.2kN/m3，不排水不固結(jié)粘聚力為3Pa ，不排水不固結(jié)內(nèi)摩擦角為18°。

第三層：平均厚11.7m，游泥質(zhì)粘土，流塑～軟塑狀，含有機(jī)質(zhì)，高壓縮性，天然含水量37.6%，濕重度17.6 kN/m3。

第四層：中風(fēng)化砂巖，飽和單軸抗壓強(qiáng)度為34.6MPa，天然重度25.3kN/m、飽和重度 25.6kN/m3。

2 高速公路軟基處理的新方法

圖1 高速公路軟基處理新方法的構(gòu)造圖

本文提出的高速公路軟基處理的新方法的處理結(jié)構(gòu)的組成及構(gòu)造見圖1。路堤自重與行車荷載主要由柔性拉筋帶承擔(dān)，柔性拉筋帶受豎直力后將發(fā)生一定的形變，變形后的柔性拉筋帶將豎向荷載轉(zhuǎn)化為沿拋物線切線方向的拉力，從而將所受之力通過連續(xù)板樁墻傳遞給位于拉筋帶下方的軟土層及軟土層下的堅(jiān)實(shí)土層。在足夠大的拉力作用下會(huì)使剛性板樁墻產(chǎn)生向路堤內(nèi)側(cè)的同向位移或者約束剛性板樁墻產(chǎn)生向路堤外側(cè)的反向位移，封閉于板樁墻內(nèi)的下臥軟土層，就不可能向路堤外側(cè)側(cè)向擠出，或者向位于軟土層底的堅(jiān)硬土層方向移動(dòng)，軟土在自身的體積基本不變的情況下，會(huì)向路堤方向擠，從而會(huì)對(duì)路堤產(chǎn)生一個(gè)向上旳“浮托力”可以約束路堤的下沉。這樣形成一個(gè)相互聯(lián)系，而又相互制約的矛盾體系而起到間接加固軟土路基的作用。

3 軟基處理效果的數(shù)值模擬

為了探討軟基處理新方法結(jié)的處理效果，先假定一系列的假設(shè)值，然后根據(jù)不同情況模擬分析。其中假設(shè)板樁墻出露段H1=4m、埋入段H2=21m （其中軟土層為20m，板樁墻嵌入密實(shí)土層的深度為1m）；路堤寬B=25m；路堤高7m （其中放坡坡率為1：1及高H0=3m、寬b1=3m）。

3.1 數(shù)值模擬模型的建立

采用PLAXIS建立二維平面有限元模型進(jìn)行分析，根據(jù)新型結(jié)構(gòu)的工作原理及其平面對(duì)稱的幾何特征，取單位長度路堤等效考慮，暫不考慮路堤下方的軟弱土層的自身固結(jié)沉降，以及地下水位的升降變化。路堤兩側(cè)縱向板樁墻連續(xù)布置，拉結(jié)筋帶按每延米考慮。為使分析模型比較接近實(shí)際，在剛度差異很大的樁土之間，以及拉筋帶與土之間設(shè)接觸面單元，假定符合摩爾一庫倫屈服準(zhǔn)則的彈塑性模型，界面強(qiáng)度參數(shù)（C， ）取有關(guān)土體的一般強(qiáng)度參數(shù)。有限元模擬計(jì)算區(qū)域的寬度取相應(yīng)于路堤寬度的5倍，深度取至密實(shí)土層頂面下10m為止。當(dāng)路堤寬度變化時(shí)，為方便因路堤寬度的改變而引起的沉降的對(duì)比分析，統(tǒng)一取路堤沉降影響區(qū)域?yàn)?25m。示意圖如下圖2所示，幾何邊界條件為左右邊界施加滑動(dòng)約束，而底部邊界固定。

圖2模型幾何示意圖

3.2路堤寬度對(duì)路堤沉降的影響

在保證其他假設(shè)條件不變的情況下，將路堤寬度分為15m、20m、25m、30m，四種情況進(jìn)行數(shù)值模擬后對(duì)其沉降曲線進(jìn)行對(duì)比分析。沉降曲線圖見圖4。

圖3不同路堤寬度對(duì)沉降影響圖

圖3說明當(dāng)其他因素不變時(shí)，如果路堤寬度過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致板樁墻向路堤外側(cè)產(chǎn)生較大位移而使拉筋繃直。說明在其他因素不變的情況下路堤寬度變化是個(gè)對(duì)沉降影響較大的因素。

3.3板樁墻剛度對(duì)路堤沉降的影響

在保證其他假設(shè)條件不變的情況下，將板樁墻的抗彎剛度分為8 106kN/m2、8 107kN/m2、8 108kN/m2、8 109kN/m2，四種情況進(jìn)行數(shù)值模擬后對(duì)其沉降曲線進(jìn)行對(duì)比分析。沉降曲線圖見圖4。

圖4 板樁墻抗彎剛度對(duì)路堤沉降的影響圖

從圖4可以得出：板樁墻的抗彎剛度過小時(shí)路堤將產(chǎn)生較大的不均勻沉降，主要是板樁墻的彎曲變形影響的。當(dāng)板樁墻的抗彎剛度足夠大時(shí)，板樁墻的彎曲變形較小，路堤的沉降主要來自拉筋的下沉。

3.4板植墻嵌入密實(shí)土層的嵌固深度對(duì)路堤沉降的影響

在保證其他假設(shè)條件不變的情況下，將板樁墻嵌入密實(shí)土層的嵌固深度分為0.5m、1m、1.5m、2m，四種情況進(jìn)行數(shù)值模擬后對(duì)其沉降曲線進(jìn)行對(duì)比分析。沉降曲線圖見圖5。

圖5 板樁墻嵌入密實(shí)土層不同深度對(duì)路堤沉降的影響圖

我們可以清楚的看出四種不同嵌入深度的條件下所產(chǎn)生的四條不同的沉降曲線變化差異不大，其最大沉降量都出現(xiàn)在路堤正中央，各條沉降曲線的交點(diǎn)出現(xiàn)在75m處（板樁墻所在位置）。其中嵌入0.5m的模型路堤內(nèi)側(cè)的沉降量相對(duì)最大路堤外側(cè)的隆起量相對(duì)最大，嵌入2m的模型路堤內(nèi)側(cè)的沉降量相對(duì)最小路堤外側(cè)的隆起量相對(duì)也最小。結(jié)論：在其他因素不變的情況下，刻意加大板柱墻的嵌入密實(shí)土層的深度對(duì)減少路堤的沉降意義不大，取嵌入深度為0.5～1m是經(jīng)濟(jì)合理的。

4 結(jié)束語

本文進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，針對(duì)某軟弱土地基上高路堤問題釆用本新型結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，在不同影響因素的條件下，利用數(shù)值計(jì)算方法分析其對(duì)路基沉降變形的影響，得到了其變形位移規(guī)，希望本理論能在將來的建設(shè)發(fā)展中變成現(xiàn)實(shí)，為國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

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