基于重力锤击试验的中小河流河道堤防承载力分析

孙彦彪

(辽宁瑞宸工程建设监理咨询有限公司，辽宁 铁岭 112003)

0 引 言

近年来，随着中小型河流治理工程措施的加强，对该地区中小型河流的综合治理逐渐引起关注[1]。其中，如何进行施工河段的工程承载能力分析非常重要，而工程承载能力分析直接影响中小河流施工综合管理的效果和稳定性[2]。目前，有关中小型河流治理建设的承载能力分析正在进行许多研究和讨论[3-6]。他们大多数使用室内测试方法对不同河段进行承载能力分析。这种方法的优点是更准确。分析施工段各种承载能力参数的缺点是测试时间长。当今的中小型河流的建设需要大量工程，因此需要快速有效的承载能力分析方法。通过现场观察和实验，一些学者讨论了处理中小型河流的各种施工剖面的工程承载能力。在某些地区，中小型河流建设项目的结果表明，该方法可用于快速有效的承载能力分析[9-12]。由于尚未得到应用，文章以辽宁省中小河治理工程为例，考虑了现场观测对中小河治理承载能力分析的影响。为改善北部地区中小河流的建设提供参考。

1 研究区域承载能力概况及研究方法

1.1 区域承载能力概况

选取辽宁地区中小河流工程为具体实例，该治理河道工程主要位于山区段，震动峰值介于0.5-0.9g之间，工程承载能力主要为下白垩系浅红色砂岩以及第四系松散堆积层所组成，工程由于河谷冲刷影响呈现和陡岸坍塌和冲沟两种承载能力现象。

1.2 承载能力分析方法

其方法的主要原理为在保持中小河流治理天然岩土的区域进行观测，原位观测试验河段的土层含水量和应力状态均保持在天然状况下，对河段岩土区内的承载能力进行试验测定。承载能力分析的主要参数分别为应力和静载两个参数，采用《堤防工程承载能力勘察规程》SL188-2005进行误差的判定，承载力的计算方程为：

Jcr=2.2(Gs-1)(1-n)2(d5/d20)

(1)

式中：Jcr为承载能力试验值，kPa；d20为容重低于总容重20%的岩土颗粒大小，mm；d5为容重低于总容重5%的岩土颗粒大小，mm。允许水力比降为水力比降临界值除以安全系数2倍的值。

2 实例应用分析

2.1 原位锤击试验结果

将工程中小河流施工河段划分为9个堤段，采用锤击试验对各堤段进行承载能力分析，不同土层的锤击试验分析结果如表1所示。

表1 不同土层的锤击试验分析结果

从锤击试验分析结果可看出，对于同一类型河道堤防岩土层而言，锤击次数越高，其静载力值也越大，在同一个重力锤击试验次数下，圆砾的静载力最大。锤击次数应控制在10-25次内为最佳。从锤击次数可看出，在10-25次锤击组数下，河道堤防不同土层的锤击值变异系数和标准差最低，可见在锤击次数达到10-25次，可以有效提高河道堤防工程岩土层的密实度，保持河道堤防岩土层的稳定性，使得能较为准确的对河道堤防工程的承载能力进行准确核定。从不同土层的标准值分析可以看出，素填土(圆砾)下其标准值最高，这主要是因为这类型土层的密实度要高于一般的土层，从而能有效提高土层的稳定性，增强其河道堤防工程的承载能力，而低于素填土(卵石)而言，其标准值较低，这是因为这类型岩土土层的密实度较低，河道堤防工程的稳定性要低于素填土(圆砾)，其堤防工程的承载力不高。从不同类型岩土层锤击试验的标准值分别可看出，随着锤击次数的提高，其标准值有所增加，这是因为随着锤击次数的增加，河道堤防岩土层的密实度有所提高，从而提高了其稳定度的标准值。从不同类型土层的建议值可看出，不同土层的建议值分布在4.3-10.8之间，素填土(圆砾)的建议值最大，素填土(卵石)最低，在进行河道堤防工程治理时，建议选用素填土(圆砾)作为主要的工程石材。

3.2 承载力试验结果

在不同堤段施工锤击试验的基础上对9个施工堤段的承载力进行试验分析，试验分析结果如表2所示。

表2 不同土层承载力试验值

从锤击试验分析的9个河道堤防段承载力特征值分析结果可看出，在不同锤击试验次数下，河道堤防核定的承载力逐步增加，这是因为随着锤击次数的增加，河道堤防土层的密实度增加，而随着河道堤防各类型岩土层密实度的增加，河道堤防的承载力得到相应的提升。从不同河道堤防段各类型岩土层的承载力特征值可看出，素填土(圆砾)的承载力特征较大，素填土(卵石)承载力特征值一般要低于素填土(圆砾)的承载力。从原位锤击试验次数可看出，对于同一类型岩土层而言，当锤击次数达到10次以上时，其河道堤防承载力的特征值逐步趋于稳定变化，这是因为当达到一定的重力锤击次数下，河道堤防工程河段的土层密实度达到最大，不再发生变化后，其堤防段的承载力特征值处于较为稳定的变化状态。从各岩土层承载力建议值可看出，各土层承载力建议值在172.8-396kPa之间，当达到396kPa为研究河段堤防最大承载能力，因此各河段堤防当承载力达到396kPa时，随着锤击次数的增加，其承载力不再增加。

4 结 论

1)从不同类型土层的建议值可看出，不同土层的建议值分布在4.3-10.8之间，素填土(圆砾)的建议值最大，素填土(卵石)最低；

2)从锤击次数可看出，在10-25次锤击组数下，河道堤防不同土层的锤击值变异系数和标准差最低，可见在锤击次数达到10-25次，可以有效提高河道堤防工程岩土层的密实度，保持河道堤防岩土层的稳定性；

3)对于同一类型岩土层而言，当锤击次数达到10次以上时，其河道堤防承载力的特征值逐步趋于稳定变化，这是因为当达到一定的重力锤击次数下，河道堤防工程河段的土层密实度达到最大，不再发生变化后，其堤防段的承载力特征值处于较为稳定。