墙后填土施工对航道岸坡挡土墙稳定性影响的试验研究

赵苏政，郑红娟，吴丽华，孙学志

(1.南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010；2.杭州市建设工程质量安全监督总站,杭州 330100)

墙后填土施工对航道岸坡挡土墙稳定性影响的试验研究

赵苏政1，郑红娟1，吴丽华1，孙学志2

(1.南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010；2.杭州市建设工程质量安全监督总站,杭州 330100)

航道岸坡挡土墙施工完成后，其背后填土的施工直接影响到岸坡挡土墙的稳定性，进而影响航道岸坡挡土墙类型选用与结构稳定性，因此开展岸坡挡土墙墙后填土性能与施工方法的研究将对保障岸坡挡土墙稳定有着重要的意义。通过本次试验研究寻找两种类型重力式航道岸坡挡土墙与墙后的土体回填压实施工之间的关系，并分析挡土墙后填土对航道岸坡挡土墙结构的选择、使用的相关影响，为工程施工提供参考。

回填土；航道岸坡；挡土墙；稳定性

0 引 言

墙后填土类型和压实功的不同会对岸坡挡土墙的整体稳定性产生影响，本文结合南通市区至吕四港段的地质条件开展相关研究。因南通多为冲积土，土质多为粉砂土、粘质粉土，土的工程性能一般，为保证通吕运河两岸的挡土墙稳定，沿线按照设计方案为现浇混凝土重力式挡土墙岸坡。岸坡挡土墙高度主要有2.5 m和3.3 m两种，从现场施工情况看，开挖回填后土体的灵敏度高、体积变化较为明显，考虑到通吕运河航道岸坡后河道的水会透过挡土墙渗透到墙后土体中，墙后土体的遇水土体受力会发生变化，带来岸坡挡土墙稳定性的不确定性，所以进行土体变形与航道岸坡挡土墙的受力影响研究就十分必要。

1 试验方案

1.1 试验段选择与观测点布置

根据水工挡土墙设计规范[1]，选择连续40 m长试验段，选择现场施工使用的B、C型挡土墙进行比较试验，B、C型挡土墙结构如图1、图2所示。

图1 B型挡土墙构造图

图2 C型挡土墙构造图

每试验段取10 m长分别为B-1段、B-2段、C-1段、C-2段，每块挡土墙顶部沿靠近河道外侧边线位置，每10 m施工段在伸缩缝边缘处，及施工段中点处布置一个土压力监测点，沿挡土墙顶竖直向下方向1.5 m、2.5 m深度处布置土压力计，B、C型挡土墙上每10 m一段埋设5个观测点，试验段挡土墙上共设20个位移监测点，起点为施工缝两侧，其他3点间距2.5 m，位置如图3所示。

图3 挡土墙观测点布置示意图

共计24个土压力监测点，采用振弦式土压力计测土压力大小，20个位移点监测竖向沉降和水平位移，使用精密水准仪AT-GII及1cm刻划的2 m铟瓦水准尺测竖向沉降，采用拓扑康GTS-100N全站仪量测挡土墙的水平向位移。考虑到回填土在接近挡土墙的顶部时，荷载和回填土作用压力最大，位移监测时间选择从底层回填开始至回填完成，及完成后 2 周、4周各一次。土压力监测为表层填土回填开始时一次，回填完成时监测一次，回填结束后第2周监测一次，第4周监测一次，所有监测都在常水位情况下完成。

1.2 压实机械与压实方式

从施工质量和效率方面考虑，选用压实能力强的大型机械较好，但由于挡土墙后施工空间有限，特别是靠近挡土墙底部，大型机械无法作业。此外，大机械在作业时也会对挡土墙产生较大挤压作用从而使挡土墙产生较大的位移，因此综合来看，不宜选用大型施工机械。因此，考虑到大型机械对挡土墙稳定性的不利影响，本次试验选择小型压实机济宁德海产HZD200 型单向平板夯，激振力：30kN，夯板工作面积：400×300 mm。

根据施工方案，确定碾压采用如下作业方法：

(1)采取分层回填逐层压实的方式，每层松铺厚度为30cm[2,3]；

(2)碾压时，碾压速度控制在1.5～3 km/h内[4]；

(3)碾压施工时，碾压机械的前进方向平行于挡土墙轴线，先从靠近挡土墙的一侧开始碾压，让后由近及远进行回填土碾压，如图4所示；

2011年5月底的一天晚上，许某某接到程瀚电话，说需要20万元现金。一个星期后，其将20万元交给了程瀚。2013年上半年，程瀚讲儿子要出国，让许某某弄40万现金。许某某手头一时没有大额资金，这次不能将程瀚所需要的钱及时送上，便遭到程瀚多次电话催促。许某某不得已，只有借钱凑够35万元送到程瀚办公室。

图4 碾压顺序示意图

(4)碾压遍数为B-1段10遍，B-2段12遍，C-1段10遍，C-2段12遍。

1.3 墙后回填方式选择

根据设计施工文件，回填土宜采用亚粘土回填，耕植土、淤泥质土不得回填，回填土要求分层夯实(厚度不大于30 cm)，夯实后其干容重不小于14.3 kN/m3，同时满足回填土轻型击试验[4,5]下压实度不小于90%。为了方便进行对比研究同时满足压实度要求，现场回填土B-1、C-2采用粉砂土，B-2、C-1采用粘质粉土，相关指标见表1。

对比在不同的压实遍数情况下不同性质填土的压实度、抗剪强度指标、墙后填土土压力、岸坡挡土墙变形之间的关系，确定不同类型岸坡挡土墙的变形和受力情况。

表1 回填土相关物理性质指标

经过试验并结合相似工程实例[6]，确定每层土的压实遍数一般要在10遍或以上，方可达到压实度的要求，经过现场压实试验确定压实10次即能够达到压实度90%的目标，在达到施工设计要求的压实度情况下，方案选择为压实10遍、12遍做不同压实功状态下30 cm厚度土的抗剪强度指标。

2 试验结果与分析

依据土工试验方法标准[4]，使用南京土壤仪器厂有限公司产ZJ型应变控制式直剪仪开展土的快剪试验，测定回填土的抗剪切强度指标粘聚力和内摩擦角，使用100 mm3环刀现场取压实后的压实土，进行室内试验。根据室内试验，测定回填土的抗剪强度指标黏聚力、内摩擦角和不同压实功的关系，压实功的大小由压实的遍数来衡量。

2.1 压实遍数与黏聚力的关系

图5 B-1、C-2后回填土黏聚力与压实遍数关系

图6 B-2、C-1后回填土黏聚力与压实遍数关系

由图5中可以看出砂质粉土，在压实功增加后土的黏聚力变化不明显，增加压实次数对提高砂质粉土的黏聚力作用不明显；从图6中可以看出粉质粘土在压实功增加后土的黏聚力略有增加。

图7 B-1、C-2后回填土内摩擦角与压实遍数关系

图8 C-1 、B-2后回填土内摩擦角与压实 遍数关系

从图7、图8可以看出不论是粉砂砂土还是粘质粉土，在压实功增加后，内摩擦角有较小的增加，符合土的抗剪强度指标的一般规律。从图5～图8的规律来看，碾压次数对墙后填土抗剪强度指标的影响较小。

2.3 压实遍数与土压力之间的关系

在回填土施工初期，对压实遍数与土压力进行统计，并将挡土墙后土体回填完成后土压力进行采集，得到土压力与压实遍数之间的关系，见图9～图12。

图9 B-1、C-2后1.5m深土压力与压实遍数关系

图10 B-2、C-1后1.5m深土压力与压实遍数关系

图11 B-1、C-2后2.5m深土压力与压实遍数关系

图12 B-2、C-1后2.5m深土压力与压实遍数关系

从图9～图12可以看出压实功对于土压力是有比较明显的影响。随着压实遍数的增加，压实功增大，较大的压实功使土中应力较多传递到了挡土墙上。

2.4 水平位移与土压力之间的关系

将B型挡土墙从伸缩缝处开始，每隔2.5 m间隔布置位移和沉降观测点，并按顺序进行编号为B-1段1-5号点，B-2段6-10号点，C型挡土墙从伸缩缝处开始，每隔2.5 m间隔布置位移和沉降观测点，编号为C-1段11-15号点，C-2段16-20号点。岸坡挡土墙完成后，强度达到设计要求后，埋置沉降观测点，并进行初始观测。待墙后回填土回填完后进行第二次位移与沉降量观测，再过2周、4周后分别进行第三次、第四次观测，观测结果见图13、图14。

从图13可以看出，在回填土回填后挡土墙有较大的位移变形，比较B-1和C-2，可以看出同为砂质粉土，因为C型挡土墙比B型高，所以C-2型挡土墙上的16至20号的位移量比B-1型上1

图13 回填后不同周期各挡土墙观测点位移情况

至5号点大，而B-2和C-1对比发现，同为粘质粉土，B-2上6-10号点位移较C-1上11-15号点小。从以上分析来看本次使用的砂质粉土、粉质粘土，因为未掺加其它材料，土仅是进行压实，砂质粉土的抗剪强度略低，导致其对挡土墙产生较多的土压力，而粉质粘土中即含有砂土又含有粘土，经碾压后土的抗剪强度较纯粹的砂质粉土要高，土压力要小，导致对挡土墙的推力不同，从而有位移有如上的规律。而比较B型和C型挡土墙，因挡土墙的高度不同土压力都传递到了挡土墙上，土压力作用在挡土墙上产生了不同的倾覆力矩，使得本身高度较高的C型挡土墙顶部较B型挡土墙有较大的扰度即位移量。比较回填后2周与在回填完成后4周时挡土墙的位移变化，2周至4周变化速率明显变小，说明挡土墙的位移变化趋于稳定。从水平位移的变化来看，因为两种航道岸坡挡土墙为重力式结构，自身具有非常好的稳定性，本次使用的重力式岸坡挡土墙具有较好的抗倾覆和抗滑移稳定性。

图14 回填后不同周期各挡土墙观测点沉降关系

从图14可以看出，在回填土回填后挡土墙有少量的沉降变形，比较B-1和B-2，可以看出同B-1上1至5号点沉降整体上要较压实遍数更多的B-2上的6至10号点略小，而C-1和C-2对比发现，C-1上 6-10点沉降较整体上要较压实遍数更多的C-2上11-15号点略小，而比较B型和C型挡土墙整体上可以看出，由于C型挡土墙体积更大重量也更大，对土体产生的荷载更大，从而沉降也就较大。从沉降时间与沉降量的比较来看，填土刚完成时，荷载变大，而沉降也较明显，随着时间的推移，沉降的数值变形，沉降速率明显变小。

对于试验过程中发现的B-1、C-1段挡土墙稳定性略差的情况，将B-1、C-1型挡土墙作为最不利情况来进行研究，根据极限状态设计理论[7]，对其进行岸坡挡土墙的抗滑力和抗倾覆力矩计算，计算结果见表2。

表2 岸坡挡土墙结构稳定性计算结果表

从表2可以看出，不论是在低水期、高水期还是完建期，C型挡土墙的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性都较优越，但是C型挡土墙结构体积大，施工费用高，结合本次试验的位移与沉降观测情况，B型挡土墙各方面性能在填土土质较好时候也能够满足稳定性需要。因此，尽量在工程现场选用体积较小，费用较经济的B型，若土质不良遇到回填土黏土含量高的时候，可以考虑使用整体稳定性更加优越的C型挡土墙。

3 结 语

本次试验在考虑了不同物理性质指标和不同压实功情况下，确定了岸坡挡土墙受力与稳定的关系，并总结如下：

(1)在满足土压实度的要求情况下，增加压实功对提高含有一定粘土粘质粉土的抗剪强度有一定的作用，对于以砂质为主的粉土，作用不明显。

(2)岸坡挡土墙后土的回填与岸坡挡土墙的受力有着直接的关系，压实作业会将压实功通过回填土传递给挡土墙，在压实作业时要注意压实方式的选择，保证回填土压实时，土压力传递到挡土墙上因土压力过大而造成挡土墙的较大变形，从而影响挡土墙的稳定性。

(3)重力式航道岸坡挡土墙结构，在选用结构类型时，应考虑墙后填土的物理性质指标，相同类型的挡土墙结构，因填土性质差异也会使挡土墙的稳定性产生一些差异，施工时应选择性能较好的填土。

(4)对于重力式挡土墙结构，在满足规范上挡土墙稳定性的前提下，选用体型较大还是体型较小的结构应该结合填土性质情况合理选择。

[1]SL379-2007,水工挡土墙设计规范[S]．

[2]GB 50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]．[3]邱会航,欧阳光华.浅谈如何提高土基压实效果[J]．水运工程,1999,(5):64-66.

[4]GB/T 50123-1999,土工试验方法标准[S]．

[5]唐延钦.低液限粉土的特性与压实技术研究[D]．济南:山东大学,2006.

[6]叶建东.路基施工工艺对挡土结构物土压力的影响研究[D]．南京：河海大学,2006.

[7]JTJ300-2000,港口及航道护岸工程设计与施工规范[S]．

An Empirical study on the Effect od Stability of Bank slope Retaining Wall by Backfill Soil Construction

ZHAO Su-zheng1，ZHENG Hong-juan1，WU Li-hua1，SUN Xue-zhi2

(1.Nantong Shipping College, Nantong 226010,China; 2.Hangzhou Engineering Cons truction Quality Supervision Station, Hangzhou 330100,China)

After finishing the construction of backfill soil which behind the bank slope of channel, It is very important to make sure the stability of retaining wall which is steal with backfill soil, but how to make sure the stability and to find a suitable structure for gravity retaining wall This paper looking for a suitable construction method that considering the relationship between the backfill soil construction and the retaining wall.

backfill soil;bank slope of channel;retaining wall;stability

2014-08-09

江苏省交通科学研究计划项目(2012Y24-3)；南通市科技计划项目(HS13905)

赵苏政(1982-)，男，江苏沭阳人，讲师，硕士，E-mail：zhaosz@ntsc.edu.cn。

TU476.4

A ?

10.3969/j.issn.1671-234X.2014.03.010

1671-234X(2014)03-0047-05