楊 虎，曾 強(qiáng)，肖山喜

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(dòng)和搬運(yùn)堆填而成，不含雜質(zhì)或者含雜質(zhì)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(yīng)用中，素填土基礎(chǔ)一般被認(rèn)為是軟弱基礎(chǔ)，并不適宜作為持力層。

當(dāng)素填土基礎(chǔ)能夠滿足承載力及變形要求時(shí)，其作為小型構(gòu)筑物的持力層是可行的，部分學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究[1- 2]。文高原等[3]基于相似法則對(duì)素填土在不同條件下的破壞模式進(jìn)行了對(duì)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(jié)合工程實(shí)例，通過試驗(yàn)對(duì)素填土層的地基承載力以及變形模量進(jìn)行了率定，其認(rèn)為，地域性對(duì)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的可行性。鄒瓊燕和羅照華[5]通過試驗(yàn)對(duì)在外力作用下一段時(shí)間內(nèi)上部土層(一定深度的素填土)的固結(jié)機(jī)理進(jìn)行了簡單分析，其提出填筑時(shí)間超過4年的素填土(6m厚)的力學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定，可作為小型構(gòu)筑物的持力層。

基于素填土基礎(chǔ)的上部擋墻型式應(yīng)該如何選擇？對(duì)于該問題，學(xué)者們眾說紛紜[6- 8]。王宏俊和沈長松[9]結(jié)合工程實(shí)例，從擋墻穩(wěn)定性方面對(duì)多種軟土地基上的擋墻進(jìn)行了比選分析。彭常青等[10]對(duì)軟土地基上高擋墻進(jìn)行了分析，其認(rèn)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(zhì)污染、維護(hù)生態(tài)平衡等因素對(duì)城市河道護(hù)坡型式進(jìn)行了對(duì)比分析，其認(rèn)為采用生態(tài)護(hù)坡型式是城市河道治理的必然趨勢(shì)。

總的來看，素填土能否作為持力層需要檢測(cè)其地基承載力及變形，基于素填土基礎(chǔ)下?lián)鯄π褪降难芯看蠖嘀豢紤]了擋墻的結(jié)構(gòu)安全。其實(shí)，結(jié)合當(dāng)前河道治理經(jīng)驗(yàn)，在滿足安全、經(jīng)濟(jì)的情況下，人們更多關(guān)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(jié)合地勘鉆孔結(jié)果，確定素填土的地基承載力以及沉降情況，對(duì)比分析該基礎(chǔ)情況下不同型式擋墻以及邊坡的穩(wěn)定性，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效果等影響因素，選擇基于素填土基礎(chǔ)下最優(yōu)擋墻方案，為工程提供有益參考。

1 工程應(yīng)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(jí)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(shí)度不均一，堤身填土推積年限超過10年。經(jīng)過地質(zhì)測(cè)繪初步查明，堤身未出現(xiàn)洞穴、塌岸等不良地質(zhì)現(xiàn)象，現(xiàn)狀堤頂路有車輛動(dòng)荷載常年作用，填土比較密實(shí)，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(xué)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(zhì)黏土③粉細(xì)砂④中細(xì)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(fù)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(jí)平臺(tái)設(shè)置在常水位以上，兩岸為直立擋墻。本文將對(duì)直立擋墻形式進(jìn)行比選分析，對(duì)應(yīng)的橫斷面圖如圖1所示。

該項(xiàng)目計(jì)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(shí)的工況為最不利工況。

本文將通過三方面對(duì)不同擋墻型式進(jìn)行比較分析。

1.1 穩(wěn)定性分析

結(jié)合地勘報(bào)告，通過理正巖土6.0軟件以及Slide軟件分別計(jì)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(jì)算擋墻自身的穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 擋墻穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果來看，在素填土基礎(chǔ)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(yàn)，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(chǎng)石籠網(wǎng)箱試驗(yàn)結(jié)果，石籠網(wǎng)箱的基底摩擦系數(shù)能達(dá)到0.5以上，其適應(yīng)地基變形的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土擋墻，同時(shí)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(zhì)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(jié)果，工程經(jīng)驗(yàn)顯示，防滑凸榫的施工質(zhì)量很難得到保證，這會(huì)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(zhì)量容易得到保障。

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

由圖2模擬的結(jié)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(jié)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(dāng)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(dòng)的趨勢(shì)來看，在該區(qū)域內(nèi)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(jié)果來看，基于素填土基礎(chǔ)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(jì)分析

結(jié)合深圳地區(qū)的石料及混凝土的價(jià)格，對(duì)石籠擋墻及混凝土擋墻每延米的造價(jià)進(jìn)行比較分析，結(jié)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(jié)果圖

圖3 石籠擋墻與混凝土擋墻效果圖

表3 擋墻經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果(深圳地區(qū))

根據(jù)表1中結(jié)果來看，當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸基本一致的情況下，每延米石籠擋墻價(jià)格比混凝土擋墻價(jià)格要節(jié)省2346元，占石籠擋墻價(jià)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(dòng)植物與河道的關(guān)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(jìn)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(chǔ)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(jì)以及生態(tài)效果方面都不及石籠擋墻。其實(shí)，石籠擋墻較混凝土擋墻也更加符合當(dāng)下的生態(tài)治河理念。在達(dá)到防洪安全要求的大前提下，在素填土基礎(chǔ)上采用石籠擋墻從安全上、經(jīng)濟(jì)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(jié)語

本文通過安全、經(jīng)濟(jì)、景觀效果3個(gè)方面因素對(duì)素填土基礎(chǔ)上擋墻型式進(jìn)行了對(duì)選分析。得出以下結(jié)論：

(1)采用理正巖土6.0軟件以及Slide軟件對(duì)基于素填土基礎(chǔ)下兩種不同型式擋墻進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)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(jì)以及生態(tài)效果上對(duì)石籠擋墻和混凝土擋墻進(jìn)行了對(duì)比分析，表明石籠擋墻比混凝土擋墻經(jīng)濟(jì)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(xué)者對(duì)素填土的研究并不多，以素填土為基礎(chǔ)是否可行仍需對(duì)素填土的固結(jié)時(shí)間、固結(jié)狀態(tài)及承載力做進(jìn)一步的研究與分析。