新溝河拓浚延伸工程三山港河道2—1層軟土強度試驗研究

俞俊秋+張明成+郭萬鵬+張玉婷

摘 要：根據對三山港河道2-1層軟土代表性部位進行的原位測試強度，總結三山港河道軟土的物理力學性質及其指標間的相互關系，為類似工程積累經驗。

關鍵詞：三山港；軟土；強度；特性

中圖分類號：TU471.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0184-02

1 概述

新溝河延伸拓浚工程武進標段三山港河道（西支石堰至京杭運河）整治工程全長15.06km。工程內容主要包括：河道拓浚、堤防工程、堤頂防汛道路、護坡護岸工程；疏浚后的河道底寬30m，底高程0.00m，河道邊坡為1：2.5～1：5；護岸工程采用鋼筋砼懸臂式直立擋墻，底板頂面高程2.00m，底板厚0.4m，齒坎底高程1.10m。

工程地質勘察揭示2-1層為淤泥質粉質粘土，夾薄層砂壤土； 0.50m～23.00m，平均厚度為7.8m，層底起伏大，河道兩岸斷續分布。

2 2-1層工程地質特性

工程地質勘察表明：2-1層具流變性、觸變性、高壓縮性；土質不均勻層厚變化大，因為軟土地基比較復雜，這就使得強度指標一般的測試方式測不準確，超出了計算分析出的結果與工程實際狀況在一定范圍內允許的偏差，嚴重影響了設計準確度。為了更清楚地了解三山港河道2-1層軟土的原位強度， 受甲方委托，我公司對三山港河道2-1層軟土進行了現場的檢測。我們采用室內實驗、原位十字板以及無側限抗壓等方法，希望以此得到和實際情況所差無幾的土層土質指標，確保工程的設計施工更加安全合理。

3 軟土的強度特性

3.1 無側限抗壓強度特性

軟土的無側限抗壓強度類型與不排水三軸剪切類型相似，我們把軟土受到破壞時可以承受的最大軸向應力qu叫做無側限抗壓強度。此地區的無側限抗壓強度變化圖具有一個相同的特點，即破壞軸向應力較小，變化的幅度僅僅在2%到6%之間。如圖1所示，曲線達到最高點之前，相當于一條直線，這個時期土質呈彈性變形。而當曲線達到峰值之后，呈現出下降的趨勢，這個時期土質呈脆性破壞。從圖中可以看出，重塑土的無側限抗壓強度比較小，曲線的變化較平緩，峰值不明顯，其土質呈塑形破壞，這說明軟土的靈敏性比較強。我們對軟土的現場檢測結果其靈敏度為3.5～4.5，查《工程地質手冊》得靈敏度屬于中等，這就說明一旦土的結構遭到損害，土的無側限抗壓強度跟原來相比會下降到原來的五分之一至三分之一，會嚴重影響到工程的安全穩定性。這就要求在進行施工時，需要按照嚴格的標準進行大面積的平填工作，避免出現變化明顯的填土高度的現象，避免出現地基局部受到破壞的情況，造成不可避免的損失。

3.2 孔壓靜力觸探和十字板剪切

為了使得強度統計的工作順利進行，勘探工作不僅要包括鉆取原狀土樣，還要對孔壓靜力觸探和十字板剪切工作進行探究，這兩種實驗較為典型的曲線如圖2所示。

圖1、圖2表示：由于軟土在應力的作用下會發生形變，可以縮小孔隙比并且有效減少孔隙水的排出。一個地區的軟土自重應力越高，其土體的承受能力就越強，從而十字板剪切以及孔壓靜力觸探的強度就越大。此現象可以說明軟土的孔壓靜力觸探以及十字板剪切強度都是由軟土的最上方以不斷增長的趨勢向下方延伸。

3.3 三軸抗剪強度特性

三軸實驗的主要內容采取了固結不排水和不固結不排水等兩種形式。其中，三軸固結不排水抗剪強度的軸向應力和主應力差的變化趨勢呈雙曲線形式，主應力差隨著軸向應變的變化而隨之變化，當應力值最大時，土質狀況成塑性，應變關系與應力值之間的影響不突出。而三軸不固結不排水抗剪強度的軸向應力和主應力差的關系曲線和無側限抗壓強度應力曲線圖類似，其特點為破壞應變較小。

在軟土的三軸固結不排水這一實驗中，其孔隙水壓力呈現出一個共同特性，孔隙水壓力會根據軸向應力的增加呈現線性增大，并且孔隙壓力會根據圍壓值的增加快速增大，孔隙水壓力占據破壞時主應力差的三分之一至二分之一。這個地區在進行黏土的實驗時，發現在剪切這一過程中，孔隙水的壓力增長較為緩慢，并且其峰值相對來說穩定，孔隙水壓力占據主應力差的四十分之一至十分之一。

出現以上情況的主要原因是大部分軟土是正常固結。土體骨架顆粒和孔隙水承擔了軟土的應力支持，在三軸固結不排水的實驗中，孔隙水的壓力會由于剪切應力的增加隨之變化。因為剪切時不排出，孔隙壓力就會由于不能散出而隨著軸向應力的變化而變化。但是老粘土是超固結土，在其產生的過程中受到過很大的應力，因此在三軸固結不排水試驗中，孔隙水應力不會隨著剪應力的增加而相應的增加。

三軸試驗結果（平均值）如表1所示。

從表2可以看出三軸固快的內摩察角φcu較三軸快剪的內摩察角φuu增大7～9倍，而凝聚力減小3～4倍，這主要原因是因為軟土的天然孔隙大，經過增加負荷后，孔隙比會減小，孔隙比的變化會隨著增加的負荷的增大而增大，因此抗剪強度就會不斷增加，但是由于三軸快剪強度會隨著垂直應力的增大而緩慢增加，所以φcu的值變大，而Ccu變小。

3.4 軟土固結變形特性

軟土固結變形特性的實驗所得到的固結系數和通過孔壓消散試驗所得到的固結系數通過分析可以得出2-1軟土層的固結系數列于下表2。

從表2能夠得到現場孔壓消散所得到的固結系數與室內測驗相比大約大7倍，這就說明和地基中的粉土微薄層土性有關。如果地基不做處理的話，固結排水一般以豎向為主，固結的運算應該使用室內Cv值的檢測結果。在地基進行豎向的排水方法時，固結排水要以水平方向為基準，可以使用原位孔觸壓測量的Ch值進行固結的計算。

3.5 強度分析

十字板試驗結果明顯比三軸快剪的強度高。一般認為三軸快剪是因為在取土樣進行室內測驗的時候，使得土樣沒有了周圍應力的束縛而導致吸水膨脹，再加上在這個過程中各個操作環境的影響，土質結構遭到了破壞，從而使實驗結果變小，由于十字板測得的應力水平對土樣的破壞程度較低，所以測量出的結果與實際情況相符。這就說明了現在的實驗技術和取樣環節不能夠準確得到軟土實際的原位強度，因此在提高實驗室技術和改善土壤取樣時，靈敏度較高的軟粘性土應當采取原位測試的方式來測其強度指標，用來增強勘察和設計的精準度。

4 結束語

新溝河拓浚延伸工程2-1軟土具有厚層、高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強度特征。想要增強勘察和設計的精準度，靈敏度高厚度大的軟土層，可以采取孔壓靜力觸探、十字板剪切試驗、無側限抗壓強度等原位測試方法來確定其強度指標。以期待獲得跟實際狀況相對來說差不多的土體標準，從而給實驗計算提供可信的數據，保障設計方案以及施工過程能夠順利完成。

參考文獻：

[1]GB/T50123-1999.土工試驗方法標準[S].

[2]GB50021-2001.巖土工程勘察規范[S].

[3]工程地質手冊編寫委員會.工程地質手冊4版[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[4]高大釗.土力學與基礎工程[M].中國建筑工業出版社，1998.endprint