高含水灰色淤泥質(zhì)粘土碾壓特性分析

袁 平，張靈娜

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

嘉定蕰藻浜以南地區(qū)近期引水調(diào)度工程，河道整治范圍為嘉定區(qū)南部，西北以蕰藻浜為界，南依蘇州河，東臨中槎浦和新槎浦。本工程共新建泵閘8座分別為：鹽鐵塘泵閘、鹽鐵塘南泵閘、吳塘泵閘、西吳塘泵閘、西全河泵閘、吾尚塘泵閘、西虬江泵閘、洼浜泵閘；新建東官?zèng)?、新砂河、吳涇?3座節(jié)制閘。結(jié)構(gòu)形式主要由：閘室段、內(nèi)外河防沖槽段、翼墻及海漫段、外河消力池等結(jié)構(gòu)物組成。

本工程范圍內(nèi)所揭露土層為全新世Q4的人工、濱海-河口、濱海-淺海、濱海、沼澤相沉積物及晚更新Q3的河口-濱海相沉積物，土質(zhì)大部分為高含水灰色淤泥質(zhì)粘土及粉土，該土層工程特性表現(xiàn)為：高含水、流塑，含云母、夾粉土，韌性中等、干強(qiáng)度中等，稍有光澤，工程力學(xué)性質(zhì)較差、容易產(chǎn)生剪切破壞。而本地區(qū)無(wú)優(yōu)質(zhì)粘性土，導(dǎo)致工程墻后回填土必須采用開挖土層即灰色淤泥質(zhì)粘土進(jìn)行回填。

2 高含水灰色淤泥質(zhì)粘土土層特性

該土層主要為全新世Q4的濱海-淺海相沉積物，表現(xiàn)為高含水、流塑，含云母、部分夾雜有機(jī)質(zhì)等，局部夾薄層粉土，無(wú)搖振反應(yīng)、切面有光澤、干強(qiáng)度高、韌性中等、層位穩(wěn)定，全場(chǎng)地分布，工程力學(xué)性質(zhì)較差、容易產(chǎn)生剪切破壞。

表1 工程范圍內(nèi)主要地基土承載力

表2 地勘灰色淤泥質(zhì)粘土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

3 回填技術(shù)要求

(1)填筑前必須清除基坑底部的積水、雜物等。

(2)填土中不得含有淤泥、植物根莖、垃圾雜物等。

(3)建筑物墻后1m范圍內(nèi)回填必須使用小型壓實(shí)機(jī)具夯實(shí)。

(4)閘首站身、消力池墻后回填土要求同步對(duì)稱進(jìn)行，分層鋪筑夯實(shí)，每層土虛鋪厚度250mm～300mm；壓實(shí)度不小于0.94(或干容重不小于14.5kN/m3)。

4 土料的初碾壓特性

4.1 碾壓設(shè)備

該項(xiàng)目土方回填區(qū)域較狹窄，且壓實(shí)度較低，大型碾壓設(shè)備無(wú)法展開，故選用了小型碾壓設(shè)備進(jìn)行，使用YH-YL700型手扶式重型單輪壓路機(jī)，機(jī)器工作重量為520kg，激振力20kN，工作重量2.5t，碾寬0.6m，振動(dòng)頻率為75Hz，按“進(jìn)退法”碾壓，碾壓遍數(shù)按一進(jìn)一退2遍計(jì)算。

4.2 碾壓組合方式及成果

在施工回填前對(duì)回填土進(jìn)行了室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，主要對(duì)鋪土方式、鋪土厚度、碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度等內(nèi)容進(jìn)行了試驗(yàn)。碾壓試驗(yàn)初期在天然含水率的情況下進(jìn)行，按三種鋪土厚度與三種碾壓遍數(shù)組合成9組試驗(yàn)。

表3 灰色淤泥質(zhì)粘土室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)成果

表4 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果

4.3 碾壓過程及成果分析

從灰色淤泥質(zhì)粘土碾壓試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，用于碾壓試驗(yàn)土料普遍含水率較高，均遠(yuǎn)高于擊實(shí)試驗(yàn)最優(yōu)含水率，這也是導(dǎo)致壓實(shí)度γd普遍不高的原因之一，另由于該土料天然空隙比均較大，壓實(shí)過程中含水量高導(dǎo)致壓縮困難。

碾壓試驗(yàn)機(jī)械、機(jī)具及工藝滿足現(xiàn)場(chǎng)碾壓要求，在鋪料厚度20cm，碾壓6遍時(shí)剛能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度指標(biāo)，鋪料厚度大于20cm后碾壓遍數(shù)增加對(duì)壓實(shí)效果沒有明顯大的提升，說明該土料傳力性能較差，如再增加碾壓遍數(shù)則部分試驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)彈簧土現(xiàn)象。考慮到本次碾壓試驗(yàn)含水率較高，所以需要對(duì)試驗(yàn)土料含水率進(jìn)行調(diào)整后再次進(jìn)行試驗(yàn)。

5 含水率調(diào)整后的碾壓試驗(yàn)

5.1 含水率調(diào)整

在場(chǎng)內(nèi)空地劃分30m×30m區(qū)域，采用反鏟堆土80cm厚進(jìn)行人工翻曬，每4h翻動(dòng)一次，經(jīng)過3d時(shí)間的翻曬，測(cè)定含水率基本降低約5%左右，基本接近擊實(shí)最優(yōu)含水率W0+2%(23+2%)的要求。于是進(jìn)行了第二場(chǎng)次碾壓試驗(yàn)工作。

表5 經(jīng)過3d時(shí)間翻曬后土樣含水量測(cè)定

5.2 復(fù)選場(chǎng)碾壓組合方式及成果

含水率調(diào)整后碾壓設(shè)備仍選用了YH-YL700型手扶式重型單輪壓路機(jī)，碾壓試驗(yàn)土料選用經(jīng)翻曬后的土料，仍按初選場(chǎng)三種鋪土厚度與三種碾壓遍數(shù)組合成9組試驗(yàn)。其碾壓試驗(yàn)成果如表6所示。

表6 含水率調(diào)整后現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)成果

5.3 復(fù)選場(chǎng)碾壓過程及成果分析

從復(fù)選場(chǎng)碾壓試驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)，碾壓試驗(yàn)土料較初選場(chǎng)普遍降低約5%左右，接近擊實(shí)最優(yōu)含水率+2%的填筑要求，鋪料厚度與初選場(chǎng)相同，碾壓遍數(shù)相同的情況下，壓實(shí)度明顯提高較多。在鋪料厚度25cm，碾壓6遍時(shí)均能超過設(shè)計(jì)要求壓實(shí)指標(biāo)，從利于施工實(shí)際操作又能保證填筑質(zhì)量的角度考慮，推薦使用鋪料厚度25cm，碾壓6遍這個(gè)施工參數(shù)。

但同時(shí)從復(fù)選場(chǎng)碾壓8遍與6遍結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，在碾壓6遍后再繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實(shí)度沒有明顯的提高，這說明在碾壓6遍后此種土料已基本達(dá)到沉降趨勢(shì)的收斂，土體的壓縮性已基本達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，后續(xù)做功已對(duì)土體的壓縮性能貢獻(xiàn)不大。

6 灰色淤泥質(zhì)粘土的綜合分析

從兩場(chǎng)碾壓試驗(yàn)過程及成果進(jìn)行綜合分析可以看出，高含水灰色淤泥質(zhì)粘土由于其自身高流塑性、高塑限、高壓縮性等特性，導(dǎo)致在回填壓實(shí)過程中需要特別關(guān)注，由于其本身含水率過高，在施工過程中不能直接進(jìn)行回填施工，需要先進(jìn)行含水率調(diào)整，調(diào)整方式可采用翻曬等方式，使其填筑含水率最好在擊實(shí)最優(yōu)含水率±2%范圍之內(nèi)，這樣才能保證填筑質(zhì)量。

另由于該工程回填部分均為閘室及墻后回填，墻體一般為薄壁結(jié)構(gòu)，高含水灰色淤泥質(zhì)粘土對(duì)墻體側(cè)向壓力較大，回填過程中需要控制回填速度，一般每次回填高度不宜超過2.0m。