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四川盆地浅层软基压填片石处治的结构设计与工作性状解析

一、绪论

1.1研究背景与意义

四川盆地作为中国重要的经济区域之一，交通基础设施的建设对于区域的经济发展和社会进步起着至关重要的作用。然而，四川盆地特殊的地质条件，使得浅层软土地基在该地区广泛分布。这些软土地基具有含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩模量大等特点，如不进行有效的处理，在道路等交通工程建设中，极易导致地基沉降、变形甚至失稳等问题，严重影响交通工程的质量和使用寿命，威胁交通安全。

传统的浅层软基处理方法如全部开挖换填，虽能在一定程度上解决软基问题，但会产生大量弃土，不仅需要大面积弃土场，占用宝贵的土地资源，还可能对周边环境造成破坏，如水土流失、生态失衡等。以位于重庆市正在修建的梁忠高速为例，沿线分布着范围很广的浅层软基，深度在1-2m左右，多数是农村里原有的水稻田。若采用开挖换填软基，产生的弃土将占用大量耕地，这既不符合环保理念，也会增加工程成本。

而压填片石处治方法为解决这些问题提供了新的思路。梁忠高速穿越明月山、南华山，修建的明月山隧道和南华山隧道会产生大量的隧道爆破石料。通过压填施工的方法，将这些石料用于沿线软弱土地基的处理，不仅可以有效利用隧道或路堑边坡开挖产生的石料，减少工程弃方，保护山区的生态环境，还能节省工程投资、缩短工期，具有显著的经济效益和环保效益。从经济角度看，减少了弃土处理和购买新填料的费用；从环保角度讲，降低了对土地资源的占用和对生态环境的破坏。因此，研究压填片石处治四川盆地浅层软基的结构设计及工作性状，对于指导四川盆地地区交通工程建设，推动区域可持续发展具有重要的现实意义。

1.2研究现状

在四川盆地浅层软基特点方面，已有研究表明，该地区软基多分布于沟谷地段，如梁忠高速沿线沟谷地段就分布有众多水田、鱼塘等，由于排水不畅常年积水，导致浅表层分布着厚度1.5-2.0m的软弱土。这些软弱土多为可塑状的粉质黏土，部分为软塑甚至流塑状，具有含水量高、空隙比大、抗剪强度低、压缩模量小、承载力低、沉降量大等特性。且四川盆地的软弱地基多以丘间谷地相的坡洪积或残坡积成因为主，与河湖相软土相比，土质物理力学性质相对较好，但仍无法满足交通工程建设的要求。

关于压填片石处治方法，部分学者进行了相关的模型试验和现场试验研究。李阿蒙、韩大勇等人以重庆梁忠高速公路沿线沟谷地段广泛分布的软基为原型，采用相似模型试验的方法，对压填片石处治浅层软基的可行性进行研究。分别进行了粒径为12cm、9cm和6cm等三种规格的压填石块试验，结果表明对浅层软基采用压填片石加固处理，可明显提高地基的极限承载力和变形模量，压入第3层石块时，地基极限承载力至少提高300%，地基变形模量至少提高56%。在梁忠高速现场的软基处理试验段，也进行了压填片石法处理浅层软基的现场试验，综合考虑摊铺厚度、摊铺间隙、压实能量、碾压遍数等对压实效果的影响，对室内试验和现场压实试验的相关性进行了研究分析。

在结构设计方面，目前研究主要集中在如何确定合理的片石尺寸、摊铺厚度、层数等参数。如通过室内模型试验，得出处理效果较好的模型填料尺寸为9cm和12cm，对应的实际填料尺寸应为45cm和60cm。但对于考虑多种因素的综合结构设计方法，仍有待进一步完善和深入研究。

对于工作性状分析，已有研究通过埋设沉降管、测斜管、土压力盒、孔隙水压力计等，对压填片石处理浅层软基后的路基进行持续监测，研究其沉降、水平位移、稳定性等工作性状。但不同地质条件和施工参数下，压填片石复合路基的工作性状仍存在许多未知，需要进一步系统地分析和研究。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括：首先，对压填片石法的适宜性进行分析，论述常见软基处治方法，分析影响软基处治方法选用的因素，探讨已有地基处理方法的不足，结合梁忠高速公路工程实际，研究压填片石法在该工程中的适宜性。其次，开展压填片石室内模型试验，设计试验方案，确定模型试验材料配制方法，阐述室内模型试验系统及试验步骤，分析试验结果，探究压填片石法加固机理。然后，进行压填片石复合路基工作性状有限元分析，建立有限元计算模型，确定模型参数和边界条件，分析压填片石法对地基沉降、水平位移、稳定性的影响，以及浅层软土、压填复合体、填土路堤、土工格栅等因素对压填片石复合路基工作性状的影响。最后，提出压填片石复合结构设计方法，确定路堤极限填高，完善压填片石复合结构设计流程。

在研究方法上，采用室内模型试验与现场试验相结合的方法。通过室内模型试验，控制变量，研究不同片石尺寸、摊铺厚度等因素对压填片石加固效果的影响，验证压填片石法的可行性和有效性；在梁忠高速现场软基处理试验段进行现场试验，收集实际施工过程中的数据，分析施工参数对压实效果的影响，验证室内试