基于素填土地基下?lián)鯄x型研究

楊 虎，曾 強，肖山喜

(深圳市水務規(guī)劃設計院有限公司，廣東 深圳 518008)

素填土主要由天然土經(jīng)人工擾動和搬運堆填而成，不含雜質或者含雜質很少，一般由碎石、砂或粉土、黏性土等一種或幾種材料組成。在工程應用中，素填土基礎一般被認為是軟弱基礎，并不適宜作為持力層。

當素填土基礎能夠滿足承載力及變形要求時，其作為小型構筑物的持力層是可行的，部分學者對此進行了研究[1- 2]。文高原等[3]基于相似法則對素填土在不同條件下的破壞模式進行了對比分析，提出不同條件下素填土邊壁具有截然不同的破壞模式。王潔、鄭玉元[4]結合工程實例，通過試驗對素填土層的地基承載力以及變形模量進行了率定，其認為，地域性對素填土的承載力及變形有很大的影響，建立地方性的數(shù)據(jù)庫及技術標準存在一定的可行性。鄒瓊燕和羅照華[5]通過試驗對在外力作用下一段時間內上部土層(一定深度的素填土)的固結機理進行了簡單分析，其提出填筑時間超過4年的素填土(6m厚)的力學性能相對穩(wěn)定，可作為小型構筑物的持力層。

基于素填土基礎的上部擋墻型式應該如何選擇？對于該問題，學者們眾說紛紜[6- 8]。王宏俊和沈長松[9]結合工程實例，從擋墻穩(wěn)定性方面對多種軟土地基上的擋墻進行了比選分析。彭常青等[10]對軟土地基上高擋墻進行了分析，其認為擋墻抗滑穩(wěn)定主要依靠地基與底板間的摩擦系數(shù)決定。在滿足安全的前提下，吳事陸[11]通過考慮減少水質污染、維護生態(tài)平衡等因素對城市河道護坡型式進行了對比分析，其認為采用生態(tài)護坡型式是城市河道治理的必然趨勢。

總的來看，素填土能否作為持力層需要檢測其地基承載力及變形，基于素填土基礎下?lián)鯄π褪降难芯看蠖嘀豢紤]了擋墻的結構安全。其實，結合當前河道治理經(jīng)驗，在滿足安全、經(jīng)濟的情況下，人們更多關心的是生態(tài)、親水、文化，讓河道與人類、生物更加地和諧共處。

本文結合地勘鉆孔結果，確定素填土的地基承載力以及沉降情況，對比分析該基礎情況下不同型式擋墻以及邊坡的穩(wěn)定性，結合經(jīng)濟、生態(tài)效果等影響因素，選擇基于素填土基礎下最優(yōu)擋墻方案，為工程提供有益參考。

1 工程應用

新陂頭河是茅洲河最大的一條支流，源于騎相公山。本文所涉及的河段位于新陂頭河一級支流北支XB0+100.00～XB1+061.96，該河段左岸多為企業(yè)用地、居住用地，右岸多為山地、企業(yè)用地，現(xiàn)狀堤防段為土堤，整體特征表現(xiàn)為成分和密實度不均一，堤身填土推積年限超過10年。經(jīng)過地質測繪初步查明，堤身未出現(xiàn)洞穴、塌岸等不良地質現(xiàn)象，現(xiàn)狀堤頂路有車輛動荷載常年作用，填土比較密實，在新建堤防培厚加高的附加荷載作用下，一般不存在較大的沉降變形問題。主要土層的物理力學參數(shù)見表1。

圖1 石籠擋墻及混凝土擋墻情況下橫斷面圖

地層原狀土墻后填土土體類別①素填土②砂質黏土③粉細砂④中細砂①素填土摩擦角/(°)1315.1242713凝聚力/kPa1525.30015單位重度/(kN/m3)16.416.618.818.016.4地基承載力/kPa70～9070～11090～100100～13070～90

綜合考慮防洪安全以及河道紅線的影響，最終確定采用矩形復式斷面，主槽采用柔性擋墻，擋墻控制邊坡為1∶0.75～1∶1；二級平臺設置在常水位以上，兩岸為直立擋墻。本文將對直立擋墻形式進行比選分析，對應的橫斷面圖如圖1所示。

該項目計算工況主要包括施工期工況、洪水工況以及水位驟降期工況，經(jīng)過分析，選取水位驟降時的工況為最不利工況。

本文將通過三方面對不同擋墻型式進行比較分析。

1.1 穩(wěn)定性分析

結合地勘報告，通過理正巖土6.0軟件以及Slide軟件分別計算石籠擋墻以及混凝土擋墻在最不利工況下?lián)鯄斑吰碌姆€(wěn)定性。

采用理正巖土6.0軟件計算擋墻自身的穩(wěn)定性，計算結果見表2。

表2 擋墻穩(wěn)定性計算結果

根據(jù)表2計算結果來看，在素填土基礎上，石籠擋墻和混凝土擋墻的抗滑及抗傾覆穩(wěn)定性都是滿足規(guī)范要求的?；炷翐鯄τ捎谧灾剌^大，抗傾覆系數(shù)較大，但是根據(jù)工程經(jīng)驗，未經(jīng)過地基處理混凝土擋墻的基底摩擦系數(shù)并不是很大，工程上一般取0.3～0.35，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)并不是很大。相比混凝土擋墻，根據(jù)現(xiàn)場石籠網(wǎng)箱試驗結果，石籠網(wǎng)箱的基底摩擦系數(shù)能達到0.5以上，其適應地基變形的能力遠遠大于混凝土擋墻，同時石籠擋墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)也能滿足規(guī)范要求。從施工質量考慮，混凝土擋墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)是基于底部加防滑凸榫的結果，工程經(jīng)驗顯示，防滑凸榫的施工質量很難得到保證，這會直接影響混凝土擋墻的防滑效果。而石籠擋墻只需將石籠網(wǎng)箱一層一層堆疊起來，施工質量容易得到保障。

采用Slide軟件計算兩種擋墻型式下邊坡整體穩(wěn)定性，計算結果如圖2所示。

由圖2模擬的結果來看，石籠擋墻的整體穩(wěn)定系數(shù)為1.283，混凝土擋墻的整體穩(wěn)定系數(shù)為1.258，兩種不同擋墻形式下邊坡的整體穩(wěn)定系數(shù)都是滿足規(guī)范要求1.25的。根據(jù)數(shù)模結果，石籠擋墻的整體穩(wěn)定更優(yōu)于混凝土擋墻，主要包括兩方面的原因：①石籠擋墻的透水性要好于混凝土擋墻；②相比于混凝土擋墻，當擋墻尺寸基本相同的情況下，石籠擋墻的容重更小，根據(jù)滑動的趨勢來看，在該區(qū)域內擋墻的容重越小，更有利于整體岸坡的穩(wěn)定。

綜合擋墻自身穩(wěn)定性以及邊坡整體穩(wěn)定性的比較結果來看，基于素填土基礎情況下，采用石籠擋墻方案是優(yōu)于混凝土擋墻方案的。

1.2 經(jīng)濟分析

結合深圳地區(qū)的石料及混凝土的價格，對石籠擋墻及混凝土擋墻每延米的造價進行比較分析，結果見表3。

圖2 石籠擋墻及混凝土擋墻情況下邊坡穩(wěn)定模擬結果圖

圖3 石籠擋墻與混凝土擋墻效果圖

表3 擋墻經(jīng)濟分析結果(深圳地區(qū))

根據(jù)表1中結果來看，當結構尺寸基本一致的情況下，每延米石籠擋墻價格比混凝土擋墻價格要節(jié)省2346元，占石籠擋墻價格的58%。相比之下，石籠擋墻更加節(jié)省投資。

1.3 生態(tài)效果分析

目前，傳統(tǒng)治河理念現(xiàn)在已經(jīng)得到了很大的改變。河道的整治更傾向于原生態(tài)化，即在滿足防洪安全的大前提下，如何讓人類、原生態(tài)動植物與河道的關系更為融洽顯得更加重要。相比混凝土擋墻，石籠擋墻的親水性更好，與城市化進程更加和諧。石籠擋墻與混凝土擋墻效果圖如圖3所示。

總的來看，在素填土基礎下，混凝土擋墻除了在自身穩(wěn)定性方面要優(yōu)于石籠擋墻外，在整體穩(wěn)定性、經(jīng)濟以及生態(tài)效果方面都不及石籠擋墻。其實，石籠擋墻較混凝土擋墻也更加符合當下的生態(tài)治河理念。在達到防洪安全要求的大前提下，在素填土基礎上采用石籠擋墻從安全上、經(jīng)濟以及生態(tài)效果上都是優(yōu)于混凝土擋墻的，可為類似工程提供有益參考。

2 結語

本文通過安全、經(jīng)濟、景觀效果3個方面因素對素填土基礎上擋墻型式進行了對選分析。得出以下結論：

(1)采用理正巖土6.0軟件以及Slide軟件對基于素填土基礎下兩種不同型式擋墻進行了對比分析，結果顯示，石籠擋墻自身穩(wěn)定性以及邊坡的穩(wěn)定性相比混凝土擋墻更好。

(2)從經(jīng)濟以及生態(tài)效果上對石籠擋墻和混凝土擋墻進行了對比分析，表明石籠擋墻比混凝土擋墻經(jīng)濟性更好，景觀效果更優(yōu)，符合生態(tài)治河的理念，可為城市河道類似工程治理提供有益參考。

(3)目前學者對素填土的研究并不多，以素填土為基礎是否可行仍需對素填土的固結時間、固結狀態(tài)及承載力做進一步的研究與分析。