基于素填土地基下擋墻選型研究

楊 虎，曾 強，肖山喜

(深圳市水務規劃設計院有限公司，廣東 深圳 518008)

素填土主要由天然土經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，建立地方性的數據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，其認為擋墻抗滑穩定主要依靠地基與底板間的摩擦系數決定。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，基于素填土基礎下擋墻型式的研究大多只考慮了擋墻的結構安全。其實，結合當前河道治理經驗，在滿足安全、經濟的情況下，人們更多關心的是生態、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定性，結合經濟、生態效果等影響因素，選擇基于素填土基礎下最優擋墻方案，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用地、居住用地，右岸多為山地、企業用地，現狀堤防段為土堤，整體特征表現為成分和密實度不均一，堤身填土推積年限超過10年。經過地質測繪初步查明，堤身未出現洞穴、塌岸等不良地質現象，現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擋墻及邊坡的穩定性。

采用理正巖土6.0軟件計算擋墻自身的穩定性，計算結果見表2。

表2 擋墻穩定性計算結果

根據表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定性都是滿足規范要求的。混凝土擋墻由于自重較大，抗傾覆系數較大，但是根據工程經驗，未經過地基處理混凝土擋墻的基底摩擦系數并不是很大，工程上一般取0.3～0.35，其抗滑穩定系數并不是很大。相比混凝土擋墻，根據現場石籠網箱試驗結果，石籠網箱的基底摩擦系數能達到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定系數也能滿足規范要求。從施工質量考慮，混凝土擋墻抗滑穩定系數是基于底部加防滑凸榫的結果，工程經驗顯示，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，石籠擋墻的整體穩定系數為1.283，混凝土擋墻的整體穩定系數為1.258，兩種不同擋墻形式下邊坡的整體穩定系數都是滿足規范要求1.25的。根據數模結果，石籠擋墻的整體穩定更優于混凝土擋墻，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，根據滑動的趨勢來看，在該區域內擋墻的容重越小，更有利于整體岸坡的穩定。

綜合擋墻自身穩定性以及邊坡整體穩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于混凝土擋墻方案的。

1.2 經濟分析

結合深圳地區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 擋墻經濟分析結果(深圳地區)

根據表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省2346元，占石籠擋墻價格的58%。相比之下，石籠擋墻更加節省投資。

1.3 生態效果分析

目前，傳統治河理念現在已經得到了很大的改變。河道的整治更傾向于原生態化，即在滿足防洪安全的大前提下，如何讓人類、原生態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定性方面要優于石籠擋墻外，在整體穩定性、經濟以及生態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、經濟以及生態效果上都是優于混凝土擋墻的，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，石籠擋墻自身穩定性以及邊坡的穩定性相比混凝土擋墻更好。

(2)從經濟以及生態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濟性更好，景觀效果更優，符合生態治河的理念，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、固結狀態及承載力做進一步的研究與分析。