塑料排水板处理高速公路软土地基路堤分析——数值模拟与现场监测

摘要

本文以巴中至南充高速公路特殊及重点路基施工监测课题为依托，对塑料排水板处理后的软土地基在路堤填筑期间自重荷载作用下的沉降和稳定性进行了分析研究。结合现场实际工程条件，将塑料排水板等效为砂井，采用刘加才砂墙等效原理，以面积等效原则将砂井转换为砂墙，应用PLAXIS有限元程序，建立了塑料排水板处理软土地基的平面应变有限元模型，并模拟路基分步建造过程。分析了路堤填筑过程中超孔隙水压消散规律，安全系数、路堤沉降和坡脚水平位移随路堤填高的变化规律。同时，对现场监测原理、试验方案、仪器埋设、监测结果进行介绍，并对现场监测结果和有限元数值模拟结果进行了对比分析。主要结论包括以下几点：
　　 (1)应用PLAXIS有限元软件，建立了塑料排水板处理软土地基的平面应变有限元模型，并模拟了路堤分步建造。从模拟的结果知，超静孔隙水压在填筑施工期间总体上呈锯齿状变化的增长趋势，在施工间歇期，超孔隙水压降低；随软土固结沉降，超孔隙水压逐渐消散，最后数值基本达到接近于0的状态。
　　 (2)地基沉降和坡脚水平位移值的变化与路基填筑施工速度表现为正相关，安全系数与荷载大小表现为负相关。
　　 (3)现场监测结果证明，路堤填筑速度显著影响地基沉降速率和水平位移速率，且地基沉降和水平侧向位移随路堤填高而明显增加；坡脚点随路堤填筑施工逐渐发生偏离路基中心的水平侧向位移，在表层软土层较厚的情况下，原地表下2.0m处水平侧向位移达到最大。
　　 (4)在路堤填筑施工期间，地基沉降与坡脚水平位移变化规律的数值模拟结果同现场实测基本保持一致.经与现场实测对比，本文所提出的非线性有限元法结合剪切强度折减法，能有效处理软土地基在路堤自重作用下变形与稳定性状这一课题，数值计算结果可用来指导类似的工程实践。