天津市海河隧道干塢工程各類土回彈模量的確定

劉秀云

摘 要：回彈模量試驗主要用于公路和機(jī)場跑道等填方工程。目的在于通過對試樣進(jìn)行規(guī)定下的加載和卸載，測定土的回彈變形量，以確定土的回彈模量。

關(guān)鍵詞：回彈模量；回彈變形；干塢

天津市海河隧道干塢工程地處于海河沿岸。干塢是預(yù)制沉管的工作平臺，施工方需在海河南岸挖掘一個面積約為5.4萬平方米的干塢，然后在這個干塢中預(yù)制三段高度約為9.8米，寬度約36.6米，長度約85米的鋼筋混凝土箱體——沉管，最后再用拖輪將這三段沉管沉放到海河河底，并在水下22米進(jìn)行精準(zhǔn)對接。該工程在73米深度范圍內(nèi)所揭露地層土類大致分為淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂。本文涉及到的地層所處深度在地下12-32米范圍內(nèi)，外表觀測各類土均為灰色，灰褐色。試驗結(jié)果表明土的天然含水率大且密度較小，回彈模量試驗方法選擇杠桿壓力儀法。

1 本次回彈試驗的過程控制

回彈試驗分為現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗兩種。室內(nèi)試驗又分為杠桿壓力儀法和強度儀法。本次試驗采用杠桿壓力儀法，具體試驗過程介紹如下：

1.1 將放置試樣的不銹鋼筒放在杠桿壓力儀的底盤上，將承載板放在試樣的中心位置，并與杠桿壓力儀的加壓球座對正。將千分表固定在立柱上，并將千分表的測頭安放在承載板的表架上。

1.2 在杠桿壓力儀的加載架上施加砝碼，用預(yù)定的最大壓力p進(jìn)行預(yù)壓。對含水率大于塑限的土，p=50～100kPa；對含水率小于塑限的土，p=100～200kPa。預(yù)壓應(yīng)進(jìn)行1～2次，每次預(yù)壓1min卸載。預(yù)壓后調(diào)整承載板位置，并將千分表調(diào)到零位。

1.3 將預(yù)定的最大壓力分為4～6級或更多級進(jìn)行加載，每級加載時間為1min，記錄千分表讀數(shù)，同時卸載，當(dāng)卸載1min時，記錄千分表讀數(shù)，再施加下一級荷載。如此逐級進(jìn)行加載和卸載，并記錄千分表讀數(shù)，直至最后一級荷載。為使試驗曲線的開始部分比較準(zhǔn)確，可將第1、第2級荷載再分別分成2小級進(jìn)行加載和卸載。試驗中的最大壓力也可略大于預(yù)定的最大壓力。

2 試驗成果

本次對該工程的不同土類40組試樣分別進(jìn)行了回彈模量試驗，對每類土比較有代表性的試樣結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對比和分析，具體試驗指標(biāo)見表1～2，曲線圖1。

由表1分析：淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂物性試驗指標(biāo)，含水率由44.8%逐漸降到20.8%；天然干密度由1.21g/cm3逐漸上升到1.63g/cm3；土類顆粒粒徑由細(xì)逐漸變粗；土層由軟逐漸變硬。

由表2分析：淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂在進(jìn)行回彈模量測定過程中，垂直加荷的壓力逐級由小變大，對于淤泥質(zhì)土垂直起始壓力為22（kPa），最終垂直壓力為77 （kPa）；依次對于粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂試驗過程中垂直壓力逐級變大，粉砂垂直起始壓力為44（kPa），最終垂直壓力為352 （kPa）。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)土質(zhì)越軟，密度越小，對其進(jìn)行試驗過程中垂直荷載的壓力級差越小，例如淤泥質(zhì)土為11（kPa），相反垂直荷載的壓力級差越大，例如粉砂為22（kPa）～88（kPa），而其他土類的垂直荷載的壓力級差則介于兩者之間。

各類土回彈模量曲線回歸方程：淤泥質(zhì)土為l = 0.0065p - 0.0274，粘土為l = 0.004p - 0.0248，粉質(zhì)粘土為l = 0.0019p - 0.0010，粉土為：l = 0.0017p + 0.0017，粉砂為l = 0.0006p -0.0024。在相應(yīng)的物性指標(biāo)基礎(chǔ)上測得的各土類回彈模量區(qū)間大概為：淤泥質(zhì)土為2.7×103（kPa），粘土為4.4×103（kPa），粉質(zhì)粘土為8.7×103（kPa），粉土為1.1×104（kPa），粉砂為3.3×104（kPa）。

分析上述結(jié)果發(fā)現(xiàn)：曲線方程的斜率由淤泥質(zhì)土到粉砂由大變小，說明隨著土顆粒由細(xì)變粗、密度由小變大、土質(zhì)由軟變硬，曲線由陡逐漸變緩，回彈模量值由小變大。

3 回彈模量試驗過程中影響因素

3.1 試樣的制備。影響試驗成果準(zhǔn)確與否的主要因素之一就是試樣的制備。制備過程中，要盡量保持試樣的天然狀態(tài)，防止擾動；為盡量保障試驗條件與現(xiàn)場接近，削取試樣的環(huán)刀體積要大，本次試驗的環(huán)刀直徑為6cm，高6 cm ；試樣要均勻，具有代表性；同時試樣兩端用玻璃片密封，防止水分蒸發(fā)，不能馬上進(jìn)行試驗的試樣放在干燥缸里，干燥缸底部放有清水。

3.2 儀器調(diào)試。切記承載板要放在試樣的中心位置，并與杠桿壓力儀的加壓球座對正。將千分表固定在立柱上，并將千分表的測頭安放在承載板的表架上，表架一定要水平。

3.3 加卸荷載。對土施加預(yù)壓時，一定要根據(jù)土的含水率和密度大小而定，對于含水率大且密度小的軟土，預(yù)壓要小，并且逐級試著加大，切勿上來就超過土的承載能力而加壓，這會破壞了土的天然結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致試樣作廢。

4 結(jié)語

土的回彈模量測定進(jìn)行3次平行試驗，每次試驗結(jié)果與回彈模量的均值之差不超過5%。本次資料整理過程中，在舍掉了離散性較大的試驗點基礎(chǔ)上，對曲線進(jìn)行了回歸，某種程度上保證了回歸方程的可靠性。本文闡述的試驗成果，是在比較有代表性的試樣基礎(chǔ)上進(jìn)行的，某種意義上這對周圍地層相應(yīng)土類的回彈模量提供了參考依據(jù)。