加筋垫层＋刚性桩处治路堤下伏土洞的三维数值分析

公路交通技术2013年10月第5期TechnologyofHighwayandTranspo~Oct．2013No．5加筋垫层+刚性桩处治路堤下伏土洞的三维数值分析芦金(福建省交通规划设计院，福州350004)摘要：以永武高速公路某路堤下伏土洞处治为例，介绍加筋垫层+刚性桩的处治方案。采用三维数值分析方法，对采用该方案处治前后路基与地基的变形、应力分布及破坏特征进行分析。分析表明，对于土洞成片发育的路堤，采用该方案进行处治是行之有效的。关键词：加筋垫层；刚性桩；高速公路；下伏土洞；三维数值分析文章编号：1009—6477(2013105—0005—05中图分类号：U416．1文献标识码：A3DNumericalAnalysisforUnderlyingSoilHolesofRoadbedTreatedbyReinforcedCUshiOns+RigidPilesLUCaijinAbstract：WithtreatmentforunderlyingsoilholeofsomeroadbedofYong’an-WupingExpresswayasanexample，thispaperintroducesthetreatmentschemeofreinforcedcushions+rigidpiles．Thepaperanalyzesdeformationofroadbedandfoundation，stressdistributionandfailurecharacteristicsbeforeandaftertreatmentofthisscheme．Theanalysisindicatesthatthistreatmentschemeiseffectivefortheroadbedwithsoilholesdevelopedinstretch．Keywords：reinforcedcushion；rigidpile；expressway；underlyingsoilhole；3Dnumericalanalysis对于溶蚀成片发育、覆盖层较厚的填方路基，下1工程背景伏土洞的形态与规模难以完全查明，采用注浆处治永武高速公路是福建省“三纵八横”高速公路不仅注浆量巨大而且难以控制。因此，对于永武高规划网中的第三纵，起于福建省永安市，止于福建省速公路下伏土洞，提出采取加筋垫层+刚性桩法进武平县，全长195．22km，采用双向4车道高速公路行处治的方案。具体为：在填方底部设置厚90cm标准建设，设计车速80km／h，设计荷载为公路一I的碎石砂垫层，其上加4层土工格栅，以形成柔性垫级。永武高速公路A10、A11标段岩溶十分发育，均层；土洞区则采用网眭桩穿越，以对土洞顶板形成多为覆盖性岩溶，可溶岩上覆土层厚约10～20m，且点支撑，提高其稳定性；同时铺筑加筋垫层以形成复地下水丰富，土洞成片发育。该类土洞与发育在岩合地基。对于有淤泥充填的土洞，刚性桩采用旋喷石中的溶洞相比较，具有埋藏浅、发育密度大、周围桩；对于空土洞，则采用预应力管桩，或采用支柱式介质性能差、易于塌陷、难以查明等特点，因此土洞注浆体(即在土洞区，采用塑料管作为套管注浆，形的存在严重威胁到高速公路路基的安全。成支柱以支撑土洞顶板)。一般而言，对于浅表层发育的小型土洞，可以采该方法借鉴了疏桩复合地基的概念，但又与之用冲击碾压或开挖回填等方法进行处治。对于发育不同，它是由刚性桩、土洞覆盖层(具有一定厚度)有一定深度的土洞，若土洞规模小、形态明确，则可和柔性垫层三者共同作用，其变形特征和受力机采取注浆法处治。对于发育规模大或者成片发育理尚缺乏有效的计算模式，因而必须进行分析论的土洞，在挖方段落，还可以采用钢筋混凝土盖板证。本文采用Abaqus三维数值分析软件，对加筋进行跨越处理；在填方段落，应如何处理，则具有垫层+刚性桩复合地基处治土洞的方案进行计算一定难度。分析。收稿日期：2013—04—14作者简介：卢才金(1973-)，男，湖北省当阳市人，硕士，高工 2013年第5期杨义辉，等：基于残差单调性的GM(1，1)修正模型及其应用研究13算例中，时序的前3个监测数据计算值误差较大。但也并不是样本量越多越好，如在本算例中修正后的模型，尽管其样本量减少，但预测精度却提高了。4)预测结果表明，在GM(1，1)预测模型中，越接近于建模样本序列的最后一个值，其预测精度越高，越远离则精度越差，说明该模型适用于边坡监测的短期预测。而基于残差单调性的GM(1，1)修正模型，其预测精度显著提高，并且能更好地预测边坡边坡位移监测时序位移的中长期发展趋势。此外，还可建立动态模型图2GM(1，1)模型与修正模型预测效果对比以提高预测精度。由表5、图2可以看出，根据残差单调性重新选取样本建模的修正预测模型，极大地提高了预测精参考文献度，作出的预测与实际监测数据之间误差更小，达到[1]高曙．基于残差变化趋势的GM(1，1)修正模型的算法实现与应用[J]．武汉理工大学学报，2003，25(6)：17—19．了对边坡位移理想的预测效果。[2]胡硕．基于灰色模型的高速公路路基沉降预测[J]．公路与汽运，2013，154(1)：115—117．3结论[3]郑钰吴，殷征，张群．灰色理论在基坑沉降预测分1)灰色预测模型通过对已有的边坡位移样本析中的应用[J]．工程建设，2012，44(1)：1—4．进行建模，能较好地模拟边坡变形的发展过程，并预[4]马文涛．基于灰色最小二乘支持向量机的边坡位移预测出边坡在未来的位移量。测[J]．岩土力学，2010，31(5)：1670—1674．2)用灰色模型对古树屋滑坡的位移进行预测，[5]李秀珍，孔纪名，王成华．灰色GM(1，1)残差修正模型其预测值具有一定精度，而根据残差单调性重新选在滑坡预测中的对比应用[J]．山地学报，2007，25取样本序列建模的修正预测模型，其预测值更接近(6)：741-746．于现场监测的真实值。[6]余威，吴自银，傅斌．基于Matlab和灰色模型3)由于灰色建模的前提是位移序列为确定性GM(1，1)预测海岸线变化[J]．海洋通报，2012，31的光滑离散函数，因此，GM(1，1)预测模型对样本(4)：404—408．量有一定要求，如果样本太少，没有趋势的确定性，则[7]刘艳辉，刘大安，潘伟，等．岩质边坡位移监测资料建模后的计算值和监测数据会存在很大误差，如本文分析方法[J]．工程地质学报，2004，12(6)：257—261．要娄妻1J,J,-l-．些问题、目，基堡：、、三形复合地[s]；⋯。[．地质一灾害⋯防，从而可充分发挥土洞顶板的强度，其不仅~HJ以lll怵IF1治学报，1997(8)：231—23．证填方路堤的稳定性，而且还具有经济合理性。[6]凌定祥，夏国星，黄铭，等．高速公路路基工后长期