趙蘇政，鄭紅娟，吳麗華，孫學(xué)志

(1.南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226010；2.杭州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站,杭州 330100)

墻后填土施工對航道岸坡?lián)跬翂Ψ€(wěn)定性影響的試驗研究

趙蘇政1，鄭紅娟1，吳麗華1，孫學(xué)志2

(1.南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226010；2.杭州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站,杭州 330100)

航道岸坡?lián)跬翂κ┕ね瓿珊?，其背后填土的施工直接影響到岸坡?lián)跬翂Φ姆€(wěn)定性，進而影響航道岸坡?lián)跬翂︻愋瓦x用與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此開展岸坡?lián)跬翂筇钔列阅芘c施工方法的研究將對保障岸坡?lián)跬翂Ψ€(wěn)定有著重要的意義。通過本次試驗研究尋找兩種類型重力式航道岸坡?lián)跬翂εc墻后的土體回填壓實施工之間的關(guān)系，并分析擋土墻后填土對航道岸坡?lián)跬翂Y(jié)構(gòu)的選擇、使用的相關(guān)影響，為工程施工提供參考。

回填土；航道岸坡；擋土墻；穩(wěn)定性

0 引 言

墻后填土類型和壓實功的不同會對岸坡?lián)跬翂Φ恼w穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，本文結(jié)合南通市區(qū)至呂四港段的地質(zhì)條件開展相關(guān)研究。因南通多為沖積土，土質(zhì)多為粉砂土、粘質(zhì)粉土，土的工程性能一般，為保證通呂運河兩岸的擋土墻穩(wěn)定，沿線按照設(shè)計方案為現(xiàn)澆混凝土重力式擋土墻岸坡。岸坡?lián)跬翂Ω叨戎饕?.5 m和3.3 m兩種，從現(xiàn)場施工情況看，開挖回填后土體的靈敏度高、體積變化較為明顯，考慮到通呂運河航道岸坡后河道的水會透過擋土墻滲透到墻后土體中，墻后土體的遇水土體受力會發(fā)生變化，帶來岸坡?lián)跬翂Ψ€(wěn)定性的不確定性，所以進行土體變形與航道岸坡?lián)跬翂Φ氖芰τ绊懷芯烤褪直匾?/p>

1 試驗方案

1.1 試驗段選擇與觀測點布置

根據(jù)水工擋土墻設(shè)計規(guī)范[1]，選擇連續(xù)40 m長試驗段，選擇現(xiàn)場施工使用的B、C型擋土墻進行比較試驗，B、C型擋土墻結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 B型擋土墻構(gòu)造圖

圖2 C型擋土墻構(gòu)造圖

每試驗段取10 m長分別為B-1段、B-2段、C-1段、C-2段，每塊擋土墻頂部沿靠近河道外側(cè)邊線位置，每10 m施工段在伸縮縫邊緣處，及施工段中點處布置一個土壓力監(jiān)測點，沿擋土墻頂豎直向下方向1.5 m、2.5 m深度處布置土壓力計，B、C型擋土墻上每10 m一段埋設(shè)5個觀測點，試驗段擋土墻上共設(shè)20個位移監(jiān)測點，起點為施工縫兩側(cè)，其他3點間距2.5 m，位置如圖3所示。

圖3 擋土墻觀測點布置示意圖

共計24個土壓力監(jiān)測點，采用振弦式土壓力計測土壓力大小，20個位移點監(jiān)測豎向沉降和水平位移，使用精密水準(zhǔn)儀AT-GII及1cm刻劃的2 m銦瓦水準(zhǔn)尺測豎向沉降，采用拓撲康GTS-100N全站儀量測擋土墻的水平向位移?？紤]到回填土在接近擋土墻的頂部時，荷載和回填土作用壓力最大，位移監(jiān)測時間選擇從底層回填開始至回填完成，及完成后 2 周、4周各一次。土壓力監(jiān)測為表層填土回填開始時一次，回填完成時監(jiān)測一次，回填結(jié)束后第2周監(jiān)測一次，第4周監(jiān)測一次，所有監(jiān)測都在常水位情況下完成。

1.2 壓實機械與壓實方式

從施工質(zhì)量和效率方面考慮，選用壓實能力強的大型機械較好，但由于擋土墻后施工空間有限，特別是靠近擋土墻底部，大型機械無法作業(yè)。此外，大機械在作業(yè)時也會對擋土墻產(chǎn)生較大擠壓作用從而使擋土墻產(chǎn)生較大的位移，因此綜合來看，不宜選用大型施工機械。因此，考慮到大型機械對擋土墻穩(wěn)定性的不利影響，本次試驗選擇小型壓實機濟寧德海產(chǎn)HZD200 型單向平板夯，激振力：30kN，夯板工作面積：400×300 mm。

根據(jù)施工方案，確定碾壓采用如下作業(yè)方法：

(1)采取分層回填逐層壓實的方式，每層松鋪厚度為30cm[2,3]；

(2)碾壓時，碾壓速度控制在1.5～3 km/h內(nèi)[4]；

(3)碾壓施工時，碾壓機械的前進方向平行于擋土墻軸線，先從靠近擋土墻的一側(cè)開始碾壓，讓后由近及遠進行回填土碾壓，如圖4所示；

2011年5月底的一天晚上，許某某接到程瀚電話，說需要20萬元現(xiàn)金。一個星期后，其將20萬元交給了程瀚。2013年上半年，程瀚講兒子要出國，讓許某某弄40萬現(xiàn)金。許某某手頭一時沒有大額資金，這次不能將程瀚所需要的錢及時送上，便遭到程瀚多次電話催促。許某某不得已，只有借錢湊夠35萬元送到程瀚辦公室。

圖4 碾壓順序示意圖

(4)碾壓遍數(shù)為B-1段10遍，B-2段12遍，C-1段10遍，C-2段12遍。

1.3 墻后回填方式選擇

根據(jù)設(shè)計施工文件，回填土宜采用亞粘土回填，耕植土、淤泥質(zhì)土不得回填，回填土要求分層夯實(厚度不大于30 cm)，夯實后其干容重不小于14.3 kN/m3，同時滿足回填土輕型擊試驗[4,5]下壓實度不小于90%。為了方便進行對比研究同時滿足壓實度要求，現(xiàn)場回填土B-1、C-2采用粉砂土，B-2、C-1采用粘質(zhì)粉土，相關(guān)指標(biāo)見表1。

對比在不同的壓實遍數(shù)情況下不同性質(zhì)填土的壓實度、抗剪強度指標(biāo)、墻后填土土壓力、岸坡?lián)跬翂ψ冃沃g的關(guān)系，確定不同類型岸坡?lián)跬翂Φ淖冃魏褪芰η闆r。

表1 回填土相關(guān)物理性質(zhì)指標(biāo)

經(jīng)過試驗并結(jié)合相似工程實例[6]，確定每層土的壓實遍數(shù)一般要在10遍或以上，方可達到壓實度的要求，經(jīng)過現(xiàn)場壓實試驗確定壓實10次即能夠達到壓實度90%的目標(biāo)，在達到施工設(shè)計要求的壓實度情況下，方案選擇為壓實10遍、12遍做不同壓實功狀態(tài)下30 cm厚度土的抗剪強度指標(biāo)。

2 試驗結(jié)果與分析

依據(jù)土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[4]，使用南京土壤儀器廠有限公司產(chǎn)ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀開展土的快剪試驗，測定回填土的抗剪切強度指標(biāo)粘聚力和內(nèi)摩擦角，使用100 mm3環(huán)刀現(xiàn)場取壓實后的壓實土，進行室內(nèi)試驗。根據(jù)室內(nèi)試驗，測定回填土的抗剪強度指標(biāo)黏聚力、內(nèi)摩擦角和不同壓實功的關(guān)系，壓實功的大小由壓實的遍數(shù)來衡量。

2.1 壓實遍數(shù)與黏聚力的關(guān)系

圖5 B-1、C-2后回填土黏聚力與壓實遍數(shù)關(guān)系

圖6 B-2、C-1后回填土黏聚力與壓實遍數(shù)關(guān)系

由圖5中可以看出砂質(zhì)粉土，在壓實功增加后土的黏聚力變化不明顯，增加壓實次數(shù)對提高砂質(zhì)粉土的黏聚力作用不明顯；從圖6中可以看出粉質(zhì)粘土在壓實功增加后土的黏聚力略有增加。

圖7 B-1、C-2后回填土內(nèi)摩擦角與壓實遍數(shù)關(guān)系

圖8 C-1 、B-2后回填土內(nèi)摩擦角與壓實 遍數(shù)關(guān)系

從圖7、圖8可以看出不論是粉砂砂土還是粘質(zhì)粉土，在壓實功增加后，內(nèi)摩擦角有較小的增加，符合土的抗剪強度指標(biāo)的一般規(guī)律。從圖5～圖8的規(guī)律來看，碾壓次數(shù)對墻后填土抗剪強度指標(biāo)的影響較小。

2.3 壓實遍數(shù)與土壓力之間的關(guān)系

在回填土施工初期，對壓實遍數(shù)與土壓力進行統(tǒng)計，并將擋土墻后土體回填完成后土壓力進行采集，得到土壓力與壓實遍數(shù)之間的關(guān)系，見圖9～圖12。

圖9 B-1、C-2后1.5m深土壓力與壓實遍數(shù)關(guān)系

圖10 B-2、C-1后1.5m深土壓力與壓實遍數(shù)關(guān)系

圖11 B-1、C-2后2.5m深土壓力與壓實遍數(shù)關(guān)系

圖12 B-2、C-1后2.5m深土壓力與壓實遍數(shù)關(guān)系

從圖9～圖12可以看出壓實功對于土壓力是有比較明顯的影響。隨著壓實遍數(shù)的增加，壓實功增大，較大的壓實功使土中應(yīng)力較多傳遞到了擋土墻上。

2.4 水平位移與土壓力之間的關(guān)系

將B型擋土墻從伸縮縫處開始，每隔2.5 m間隔布置位移和沉降觀測點，并按順序進行編號為B-1段1-5號點，B-2段6-10號點，C型擋土墻從伸縮縫處開始，每隔2.5 m間隔布置位移和沉降觀測點，編號為C-1段11-15號點，C-2段16-20號點。岸坡?lián)跬翂ν瓿珊?，強度達到設(shè)計要求后，埋置沉降觀測點，并進行初始觀測。待墻后回填土回填完后進行第二次位移與沉降量觀測，再過2周、4周后分別進行第三次、第四次觀測，觀測結(jié)果見圖13、圖14。

從圖13可以看出，在回填土回填后擋土墻有較大的位移變形，比較B-1和C-2，可以看出同為砂質(zhì)粉土，因為C型擋土墻比B型高，所以C-2型擋土墻上的16至20號的位移量比B-1型上1

圖13 回填后不同周期各擋土墻觀測點位移情況

至5號點大，而B-2和C-1對比發(fā)現(xiàn)，同為粘質(zhì)粉土，B-2上6-10號點位移較C-1上11-15號點小。從以上分析來看本次使用的砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土，因為未摻加其它材料，土僅是進行壓實，砂質(zhì)粉土的抗剪強度略低，導(dǎo)致其對擋土墻產(chǎn)生較多的土壓力，而粉質(zhì)粘土中即含有砂土又含有粘土，經(jīng)碾壓后土的抗剪強度較純粹的砂質(zhì)粉土要高，土壓力要小，導(dǎo)致對擋土墻的推力不同，從而有位移有如上的規(guī)律。而比較B型和C型擋土墻，因擋土墻的高度不同土壓力都傳遞到了擋土墻上，土壓力作用在擋土墻上產(chǎn)生了不同的傾覆力矩，使得本身高度較高的C型擋土墻頂部較B型擋土墻有較大的擾度即位移量。比較回填后2周與在回填完成后4周時擋土墻的位移變化，2周至4周變化速率明顯變小，說明擋土墻的位移變化趨于穩(wěn)定。從水平位移的變化來看，因為兩種航道岸坡?lián)跬翂橹亓κ浇Y(jié)構(gòu)，自身具有非常好的穩(wěn)定性，本次使用的重力式岸坡?lián)跬翂哂休^好的抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性。

圖14 回填后不同周期各擋土墻觀測點沉降關(guān)系

從圖14可以看出，在回填土回填后擋土墻有少量的沉降變形，比較B-1和B-2，可以看出同B-1上1至5號點沉降整體上要較壓實遍數(shù)更多的B-2上的6至10號點略小，而C-1和C-2對比發(fā)現(xiàn)，C-1上 6-10點沉降較整體上要較壓實遍數(shù)更多的C-2上11-15號點略小，而比較B型和C型擋土墻整體上可以看出，由于C型擋土墻體積更大重量也更大，對土體產(chǎn)生的荷載更大，從而沉降也就較大。從沉降時間與沉降量的比較來看，填土剛完成時，荷載變大，而沉降也較明顯，隨著時間的推移，沉降的數(shù)值變形，沉降速率明顯變小。

對于試驗過程中發(fā)現(xiàn)的B-1、C-1段擋土墻穩(wěn)定性略差的情況，將B-1、C-1型擋土墻作為最不利情況來進行研究，根據(jù)極限狀態(tài)設(shè)計理論[7]，對其進行岸坡?lián)跬翂Φ目够涂箖A覆力矩計算，計算結(jié)果見表2。

表2 岸坡?lián)跬翂Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算結(jié)果表

從表2可以看出，不論是在低水期、高水期還是完建期，C型擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性都較優(yōu)越，但是C型擋土墻結(jié)構(gòu)體積大，施工費用高，結(jié)合本次試驗的位移與沉降觀測情況，B型擋土墻各方面性能在填土土質(zhì)較好時候也能夠滿足穩(wěn)定性需要。因此，盡量在工程現(xiàn)場選用體積較小，費用較經(jīng)濟的B型，若土質(zhì)不良遇到回填土黏土含量高的時候，可以考慮使用整體穩(wěn)定性更加優(yōu)越的C型擋土墻。

3 結(jié) 語

本次試驗在考慮了不同物理性質(zhì)指標(biāo)和不同壓實功情況下，確定了岸坡?lián)跬翂κ芰εc穩(wěn)定的關(guān)系，并總結(jié)如下：

(1)在滿足土壓實度的要求情況下，增加壓實功對提高含有一定粘土粘質(zhì)粉土的抗剪強度有一定的作用，對于以砂質(zhì)為主的粉土，作用不明顯。

(2)岸坡?lián)跬翂笸恋幕靥钆c岸坡?lián)跬翂Φ氖芰τ兄苯拥年P(guān)系，壓實作業(yè)會將壓實功通過回填土傳遞給擋土墻，在壓實作業(yè)時要注意壓實方式的選擇，保證回填土壓實時，土壓力傳遞到擋土墻上因土壓力過大而造成擋土墻的較大變形，從而影響擋土墻的穩(wěn)定性。

(3)重力式航道岸坡?lián)跬翂Y(jié)構(gòu)，在選用結(jié)構(gòu)類型時，應(yīng)考慮墻后填土的物理性質(zhì)指標(biāo)，相同類型的擋土墻結(jié)構(gòu)，因填土性質(zhì)差異也會使擋土墻的穩(wěn)定性產(chǎn)生一些差異，施工時應(yīng)選擇性能較好的填土。

(4)對于重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，在滿足規(guī)范上擋土墻穩(wěn)定性的前提下，選用體型較大還是體型較小的結(jié)構(gòu)應(yīng)該結(jié)合填土性質(zhì)情況合理選擇。

[1]SL379-2007,水工擋土墻設(shè)計規(guī)范[S]．

[2]GB 50202-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]．[3]邱會航,歐陽光華.淺談如何提高土基壓實效果[J]．水運工程,1999,(5):64-66.

[4]GB/T 50123-1999,土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[5]唐延欽.低液限粉土的特性與壓實技術(shù)研究[D]．濟南:山東大學(xué),2006.

[6]葉建東.路基施工工藝對擋土結(jié)構(gòu)物土壓力的影響研究[D]．南京：河海大學(xué),2006.

[7]JTJ300-2000,港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范[S]．

An Empirical study on the Effect od Stability of Bank slope Retaining Wall by Backfill Soil Construction

ZHAO Su-zheng1，ZHENG Hong-juan1，WU Li-hua1，SUN Xue-zhi2

(1.Nantong Shipping College, Nantong 226010,China; 2.Hangzhou Engineering Cons truction Quality Supervision Station, Hangzhou 330100,China)

After finishing the construction of backfill soil which behind the bank slope of channel, It is very important to make sure the stability of retaining wall which is steal with backfill soil, but how to make sure the stability and to find a suitable structure for gravity retaining wall This paper looking for a suitable construction method that considering the relationship between the backfill soil construction and the retaining wall.

backfill soil;bank slope of channel;retaining wall;stability

2014-08-09

江蘇省交通科學(xué)研究計劃項目(2012Y24-3)；南通市科技計劃項目(HS13905)

趙蘇政(1982-)，男，江蘇沭陽人，講師，碩士，E-mail：zhaosz@ntsc.edu.cn。

TU476.4

A ?

10.3969/j.issn.1671-234X.2014.03.010

1671-234X(2014)03-0047-05