拋石擠淤法在淤泥地質路基中的應用效果分析

何 煒

(桂林公路發展中心，廣西 桂林 541002)

0 引言

公路路基施工過程中，經常遇到諸如淤泥等特殊土質，對其進行加固是路基處理的首要問題。李民、任永明等[1-2]以某沿海地區厚淤泥質土上建設道路工程為研究對象，采用拋石擠淤分層鋪設，通過現場施工監測，證明該方法的有效性。陳子龍、趙方毅[3-4]以某高速公路軟土路基處理為研究對象，采用拋石擠淤強夯置換法處理填方軟土邊坡，工程實踐表明，采用該方法加固效果良好，能滿足路基的施工規范。周治剛、李章飛等[5-6]以某軟土路基加固為例，采用現場監測和試驗的研究手段，對拋石擠淤法加固效果進行了分析，結果表明采用拋石擠淤法加固方式可以有效地降低孔隙水壓力，提高路基強度，減小路基側向變形。林曉旭等[7]以某市政道路工程為研究對象，對換填法、強夯置換法、拋石擠淤法和碎石擠密樁法加固軟基進行了對比分析，結果表明，采用拋石擠淤法時原材料容易獲取且價格低廉，施工工藝簡單，加固效果良好。為了深入分析淤泥路基沉降的影響因素和規律，以及驗證拋石擠淤法的加固效果，本文以某淤泥地質上部建設公路工程為研究對象，采用數值模擬的方法，分析了淤泥自身特性和路基修筑高度對路基穩定性的影響，并著重對拋石擠淤處理前后效果進行了對比，研究結果可為工程設計和施工提供參考。

1 概況

某公路工程存在一定厚度的淤泥地質土，擬采用拋石擠淤法進行加固處理。該路基寬度值為25 m，坡率為1∶1.5，路基設計高度為4 m。原始地表向下依次為黃土、淤泥層和粉質黏土，厚度分別為0.7 m、10.2 m和9.1 m。路基填筑過程中，采用分層鋪填碾壓的方法，且每次填筑高度為1.0 m。

2 模型的建立

采用有限元軟件PLAXIS進行數值模擬，圖1所示為建立的數值模型圖。路基的頂部寬度取值為25.0 m，高度為4 m，坡率為1∶1.5。由于路基的對稱性，本文取右半側進行建模分析。模型整體長度為60 m，模型寬取10 m，原始地表從上至下依次為黃土、淤泥層和粉質黏土，厚度分別為0.7 m、10.2 m和9.1 m。模型除上邊界外，其他邊界均進行位移約束，模型均采用摩爾-庫侖本構模型。下頁表1為天然土體的物理力學參數。排水類型設置為不排水。

圖1 數值模型圖

采用拋石擠淤方法處理軟土路基，下頁表2給出了路基換填后土體的物理力學參數，采用摩爾-庫侖本構模型。排水類型設置為排水。

3 淤泥質路基沉降影響因素分析

淤泥土質作為特殊土的一種，具有力學強度低、壓縮性強等特點。分析淤泥自身特性和路基修筑高度對路基穩定性具有重要意義。

表1 天然土體的物理力學參數表

表2 路基換填后土體的物理力學參數表

3.1 淤泥自身因素影響分析

圖2所示為路基最大沉降隨淤泥模量變化曲線。由圖2可知，隨著淤泥模量的增大，路基最大沉降減小，淤泥模量取1.0 MPa、2.0 MPa和3.0 MPa時對應的路基最大沉降量分別137.2 mm、97.6 mm和79.1 mm，相比于淤泥模量取1.0 MPa時，淤泥模量取2.0 MPa和3.0 MPa時對應的路基最大沉降量分別減小了28.9%和42.3%。綜上可知，淤泥模量對于降低路基沉降有著重要作用，通過提高淤泥模量，可以有效地減小路基沉降，增大其承載力。

圖2 路基最大沉降量隨淤泥模量變化曲線圖

淤泥厚度對路基承載力和沉降有著重要影響，圖3所示為不同淤泥厚度下路基沉降變化曲線。由圖3可知，路基中心沉降最大，往兩側逐漸減小，隨著淤泥厚度的增大，路基最大沉降逐漸增大，淤泥厚度取8 m、10 m、12 m和14 m時對應的路基最大沉降量分別98.2 mm、101.4 mm、113.5 mm和124.8 mm，相比于淤泥厚度取8 m時，淤泥厚度取10 m、12 m和14 m時對應的路基最大沉降量分別增大了3.3%、15.3%和27.1%。綜上可知，淤泥的厚度對路基的沉降影響較大，通過減小淤泥厚度可以有效減小路基沉降，因此在設計和施工過程中應加大對淤泥的深度置換。

淤泥滲透系數可以反映流體通過淤泥孔隙骨架的難易程度，圖4所示為路基沉降隨淤泥滲透系數變化曲線。由圖4可知，隨著淤泥滲透系數的增大，路基最大沉降略微減小，淤泥滲透系數取4×10-4m/d、6×10-4m/d、8×10-4m/d和10×10-4m/d時對應的路基最大沉降量分別101.4 mm、98.1 mm、97.5 mm和97.1 mm，相比于淤泥滲透系數取4×10-4m/d時，淤泥滲透系數取6×10-4m/d、8×10-4m/d和10×10-4m/d時對應的路基最大沉降量分別減小了3.2%、3.8%和4.2%。綜上可知，通過增大淤泥滲透系數來減小路基沉降的效果非常有限，這與淤泥本身的滲透性很小，孔隙水壓力消散慢有關。

圖3 路基最大沉降量隨淤泥厚度變化曲線圖

圖4 路基最大沉降量隨淤泥滲透系數變化曲線圖

3.2 路基填高影響分析

圖5所示為路基最大沉降隨填土高度變化曲線。由圖5可知，隨著填土高度的增大，路基最大沉降逐漸增大，相比于填土高度取1.0 m時，填土高度為2.0 m、3 m和4 m時對應路基最大沉降量增大了1.24倍、1.82倍和3.23倍。綜上可知，路基填土高度對路基沉降有著較大的影響，這與當填土高度增大時，荷載的增大導致路基沉降增大有關。

圖5 路基最大沉降量隨填土高度變化曲線圖

圖6所示為路基沉降隨路基填土速率變化曲線。由圖6可知，兩種填土速率下的沉降量曲線基本吻合，路基最大沉降差在2%，說明填土速率的變化對路基總沉降影響不大。然而，現有的研究表明，路基填筑過快會導致其固結和沉降不充分，而過慢又會影響上部面層的施工，因此施工過程中應合理控制填土速率，一般以每月1 m為宜。

圖6 路基最大沉降量隨路基填土速率變化曲線圖

4 拋石擠淤處理效果分析

為了分析采取加固措施前后路基的沉降變化，圖7所示為加固處理前后路基沉降對比曲線。由圖7可知，分別在距離路基中心水平0 m、2 m、4 m、6 m、8 m、10 m和12 m處設置監測點，結果表明采用拋石擠淤法加固路基之后，監測點處路基沉降依次減小了40.5%、40.3%、41.0%、40.3%、39.9%、37.5%和42.5%。綜上可知，采用拋石擠淤處理后，路基沉降降低約40%，說明采用拋石擠淤處理方法處理路基效果顯著。

圖7 加固處理前后路基最大沉降量對比曲線圖

5 結語

本文以某淤泥地質上部建設公路工程為研究對象，采用數值模擬的方法，分析了淤泥自身特性和路基修筑高度對路基穩定性的影響，并著重對拋石擠淤處理前后的效果進行對比，結論如下：

(1)淤泥模量和淤泥厚度對路基的沉降影響較大，通過提高淤泥模量和減小淤泥厚度可以有效地增大其承載力，減小路基沉降。

(2)當填土高度增大時，荷載的增大導致路基沉降增大。路基填筑過快會導致其固結和沉降不充分，施工過程中以填土速率每月1 m為宜。

(3)采用拋石擠淤處理后，路基沉降降低約40%，說明采用拋石擠淤處理方法處理路基效果顯著。