某圍墾工程海堤地基土觸變性分析

◎ 章健 浙江中水工程技術(shù)有限公司

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某圍墾工程海堤地基土觸變性分析

◎ 章健 浙江中水工程技術(shù)有限公司

摘 要：土的觸變性是指土的結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)后，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但隨著靜置時(shí)間增加，土的強(qiáng)度逐漸恢復(fù)。在爆炸擠淤置換法施工中，土體受爆炸及堤心石擠淤作用影響，土體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)破壞到強(qiáng)度恢復(fù)，再受壓縮固結(jié)作用強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，每個(gè)土層的不同的物理力學(xué)指標(biāo)在觸變性發(fā)揮過(guò)程中變化情況各有差異。

關(guān)鍵詞：圍墾工程 海堤 物理力學(xué)指標(biāo) 觸變性

1.引言

土的觸變性是土的重要特性之一，即土的結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)后，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但隨著靜置時(shí)間增加，土粒、離子、水分子之間又組成新的平衡體系，土的強(qiáng)度逐漸恢復(fù)。觸變性是由于黏土顆粒表面吸附的膠體受到擾動(dòng)后，從凝膠狀態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)的溶膠狀態(tài)，使強(qiáng)度迅速下降，但靜置后又能部分恢復(fù)，強(qiáng)度隨之增長(zhǎng)的現(xiàn)象。

因此在爆炸擠淤置換法施工的整個(gè)過(guò)程中，圍堤地基土即使受到結(jié)構(gòu)上的擾動(dòng)破壞，又受到堤心石的擠壓作用。通過(guò)不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)地基土物理力學(xué)指標(biāo)的分析對(duì)比，分析海堤地基土在施工過(guò)程中物理力學(xué)指標(biāo)的變化情況。

2.工程概況

某圍墾工程位于浙江東南沿海地區(qū)的海灣口南側(cè)，海堤堤型采用土石混合結(jié)構(gòu)型式，斷面為寬平臺(tái)結(jié)構(gòu)，堤頂高程8.3m（1985國(guó)家基準(zhǔn)高程），防浪墻頂高程9.1m，堤頂寬度6.0m。內(nèi)側(cè)布置有拋石子堤，頂高程2.5m。主堤地基采用爆炸擠淤置換法進(jìn)行處理，爆填堤心石基底高程-17.0m～-11.7m，基底寬32.6m，最大腰寬50.0m～56.2m。

3.海堤工程地質(zhì)條件

海堤地基土自上而下各土層工程地質(zhì)特征如下：

Ⅰ1層淤泥，呈灰黃色～青灰色，流塑，高壓縮性，含少量粉細(xì)砂和貝殼碎屑，局部含有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)，表部夾粉粒；

Ⅱ1層粉質(zhì)粘土，呈灰黃色～灰色，可塑，中等壓縮性，偶見(jiàn)鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，常夾薄層粉土，含有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)不均；

Ⅱ2層粘土，呈灰色，可塑～軟塑，中等壓縮性～高壓縮性，夾少量粉土和貝殼，含有機(jī)質(zhì)；

Ⅱ夾層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，呈灰色～青灰色，飽和，流塑，高壓縮性，土質(zhì)不均勻，見(jiàn)粉砂、粉土薄層，局部夾貝殼層，呈透鏡體分布在Ⅱ2層粘土層中；

Ⅲ1層粉質(zhì)粘土，夾粉土，呈深灰色～灰色，很濕，軟塑～流塑，中等壓縮性，局部含少量貝殼和礫石；

Ⅲ3層粉質(zhì)粘土、粉土互層，呈灰色～青灰色，濕，可塑，中等壓縮性，偶夾粘土團(tuán)塊，局部夾粉細(xì)砂。

其中Ⅰ1層淤泥、Ⅱ1層粉質(zhì)粘土、Ⅱ2層粘土和Ⅱ夾層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土受爆炸擠淤影響最大的土層，Ⅲ1層粉質(zhì)粘土和Ⅲ3層粉質(zhì)粘土、粉土互層埋深相對(duì)較深，受爆炸擠淤影響小。

4.堤基土觸變性分析

該工程于2012年12月開(kāi)工，并于2014年5月完成海堤爆填堤心石施工。為了分析土體在爆炸擠淤前后物理力學(xué)指標(biāo)的變化，分別選取2012年7月完成的初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察資料、2014年7月完成的海堤拋石底界鉆孔探測(cè)及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)分析資料以及2014年9月完成的施工階段海堤穩(wěn)定復(fù)核勘察資料，共計(jì)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的土層參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。其中初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察的時(shí)間點(diǎn)代表爆炸擠淤施工前，探測(cè)分析的時(shí)間點(diǎn)代表爆炸擠淤后不久，穩(wěn)定復(fù)核勘察時(shí)間點(diǎn)代表爆炸擠淤后相對(duì)的較長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)比如下。

表1 3個(gè)時(shí)間點(diǎn)海堤地基土層主要物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比表

從以上表格中數(shù)據(jù)可分析得出：

（1）Ⅰ1層淤泥受爆炸擠淤作用的影響，局部存在固結(jié)作用，相變?yōu)橛倌噘|(zhì)粘土。其物理指標(biāo)中含水量（ω）變小、孔隙比（e）變小以及干密度（ρd）變大；力學(xué)指標(biāo)的凝聚力（C快、C固快）與內(nèi)摩擦角（φ快、φ固快）力學(xué)指標(biāo)都變化不大。

（2）Ⅱ1層粉質(zhì)粘土物理指標(biāo)的含水量（ω）隨時(shí)間先變大然后基本不變、孔隙比（e）隨時(shí)間先變大然后變小、干密度（ρd）隨時(shí)間先變小然后變大；力學(xué)指標(biāo)：凝聚力（C快、C固快）隨時(shí)間先變小然后變大，變化幅度較大；內(nèi)摩擦角（φ快、φ固快）隨時(shí)間先變小然后變大，變化幅度較小。

（3）Ⅱ2層粘土物理指標(biāo)的含水量（ω）隨時(shí)間先基本不變?nèi)缓笞冃?、孔隙比（e）隨時(shí)間先基本不變?nèi)缓笞冃?、干密度（ρd）隨時(shí)間先基本不變?nèi)缓笞兇螅涣W(xué)指標(biāo)的凝聚力（C快、C固快）隨時(shí)間先變小然后變大，變化幅度較大、內(nèi)摩擦角（φ快、φ固快）隨時(shí)間先變小然后變大，變化幅度較小。

（4）Ⅱ夾層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土物理指標(biāo)的含水量（ω）變小、孔隙比（e）變小、干密度（ρd）變大；力學(xué)指標(biāo)的凝聚力（C快、C固快）變小、內(nèi)摩擦角（φ快、φ固快）變大。該層主要物理指標(biāo)都有明顯改善，固結(jié)情況較好，但力學(xué)指標(biāo)變化較為異常，凝聚力（C快、C固快）變小，內(nèi)摩擦角（φ快、φ固快）變大，推測(cè)可能由于爆炸擠淤過(guò)程中上部荷載直接作用于該層，該層整體受排水固結(jié)作用，但局部存在結(jié)構(gòu)破壞情況。

5.結(jié)論

由于土體具有的觸變性特征，土體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)破壞后強(qiáng)度等指標(biāo)隨時(shí)間逐步恢復(fù)，圍墾工程中受爆炸堤心石擠壓作用使得土體產(chǎn)生壓縮固結(jié)，強(qiáng)度在恢復(fù)原有數(shù)值的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步提高。

分析不同時(shí)間點(diǎn)物理力學(xué)指標(biāo)的變化過(guò)程，可以看出各種指標(biāo)的變化還是相當(dāng)復(fù)雜的，體現(xiàn)出各種差異性特點(diǎn)。地基土各層土的土性差異、分層特點(diǎn)、排水條件、含砂量以及受堤心石在不同位置的擠壓作用等各種因素都影響了土體觸變性發(fā)揮的時(shí)間效應(yīng)。

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