基于重力錘擊試驗的中小河流河道堤防承載力分析

孫彥彪

(遼寧瑞宸工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，遼寧 鐵嶺 112003)

0 引 言

近年來，隨著中小型河流治理工程措施的加強，對該地區(qū)中小型河流的綜合治理逐漸引起關(guān)注[1]。其中，如何進行施工河段的工程承載能力分析非常重要，而工程承載能力分析直接影響中小河流施工綜合管理的效果和穩(wěn)定性[2]。目前，有關(guān)中小型河流治理建設(shè)的承載能力分析正在進行許多研究和討論[3-6]。他們大多數(shù)使用室內(nèi)測試方法對不同河段進行承載能力分析。這種方法的優(yōu)點是更準確。分析施工段各種承載能力參數(shù)的缺點是測試時間長。當今的中小型河流的建設(shè)需要大量工程，因此需要快速有效的承載能力分析方法。通過現(xiàn)場觀察和實驗，一些學(xué)者討論了處理中小型河流的各種施工剖面的工程承載能力。在某些地區(qū)，中小型河流建設(shè)項目的結(jié)果表明，該方法可用于快速有效的承載能力分析[9-12]。由于尚未得到應(yīng)用，文章以遼寧省中小河治理工程為例，考慮了現(xiàn)場觀測對中小河治理承載能力分析的影響。為改善北部地區(qū)中小河流的建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)域承載能力概況及研究方法

1.1 區(qū)域承載能力概況

選取遼寧地區(qū)中小河流工程為具體實例，該治理河道工程主要位于山區(qū)段，震動峰值介于0.5-0.9g之間，工程承載能力主要為下白堊系淺紅色砂巖以及第四系松散堆積層所組成，工程由于河谷沖刷影響呈現(xiàn)和陡岸坍塌和沖溝兩種承載能力現(xiàn)象。

1.2 承載能力分析方法

其方法的主要原理為在保持中小河流治理天然巖土的區(qū)域進行觀測，原位觀測試驗河段的土層含水量和應(yīng)力狀態(tài)均保持在天然狀況下，對河段巖土區(qū)內(nèi)的承載能力進行試驗測定。承載能力分析的主要參數(shù)分別為應(yīng)力和靜載兩個參數(shù)，采用《堤防工程承載能力勘察規(guī)程》SL188-2005進行誤差的判定，承載力的計算方程為：

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

(1)

式中：Jcr為承載能力試驗值，kPa；d20為容重低于總?cè)葜?0%的巖土顆粒大小，mm；d5為容重低于總?cè)葜?%的巖土顆粒大小，mm。允許水力比降為水力比降臨界值除以安全系數(shù)2倍的值。

2 實例應(yīng)用分析

2.1 原位錘擊試驗結(jié)果

將工程中小河流施工河段劃分為9個堤段，采用錘擊試驗對各堤段進行承載能力分析，不同土層的錘擊試驗分析結(jié)果如表1所示。

表1 不同土層的錘擊試驗分析結(jié)果

從錘擊試驗分析結(jié)果可看出，對于同一類型河道堤防巖土層而言，錘擊次數(shù)越高，其靜載力值也越大，在同一個重力錘擊試驗次數(shù)下，圓礫的靜載力最大。錘擊次數(shù)應(yīng)控制在10-25次內(nèi)為最佳。從錘擊次數(shù)可看出，在10-25次錘擊組數(shù)下，河道堤防不同土層的錘擊值變異系數(shù)和標準差最低，可見在錘擊次數(shù)達到10-25次，可以有效提高河道堤防工程巖土層的密實度，保持河道堤防巖土層的穩(wěn)定性，使得能較為準確的對河道堤防工程的承載能力進行準確核定。從不同土層的標準值分析可以看出，素填土(圓礫)下其標準值最高，這主要是因為這類型土層的密實度要高于一般的土層，從而能有效提高土層的穩(wěn)定性，增強其河道堤防工程的承載能力，而低于素填土(卵石)而言，其標準值較低，這是因為這類型巖土土層的密實度較低，河道堤防工程的穩(wěn)定性要低于素填土(圓礫)，其堤防工程的承載力不高。從不同類型巖土層錘擊試驗的標準值分別可看出，隨著錘擊次數(shù)的提高，其標準值有所增加，這是因為隨著錘擊次數(shù)的增加，河道堤防巖土層的密實度有所提高，從而提高了其穩(wěn)定度的標準值。從不同類型土層的建議值可看出，不同土層的建議值分布在4.3-10.8之間，素填土(圓礫)的建議值最大，素填土(卵石)最低，在進行河道堤防工程治理時，建議選用素填土(圓礫)作為主要的工程石材。

3.2 承載力試驗結(jié)果

在不同堤段施工錘擊試驗的基礎(chǔ)上對9個施工堤段的承載力進行試驗分析，試驗分析結(jié)果如表2所示。

表2 不同土層承載力試驗值

從錘擊試驗分析的9個河道堤防段承載力特征值分析結(jié)果可看出，在不同錘擊試驗次數(shù)下，河道堤防核定的承載力逐步增加，這是因為隨著錘擊次數(shù)的增加，河道堤防土層的密實度增加，而隨著河道堤防各類型巖土層密實度的增加，河道堤防的承載力得到相應(yīng)的提升。從不同河道堤防段各類型巖土層的承載力特征值可看出，素填土(圓礫)的承載力特征較大，素填土(卵石)承載力特征值一般要低于素填土(圓礫)的承載力。從原位錘擊試驗次數(shù)可看出，對于同一類型巖土層而言，當錘擊次數(shù)達到10次以上時，其河道堤防承載力的特征值逐步趨于穩(wěn)定變化，這是因為當達到一定的重力錘擊次數(shù)下，河道堤防工程河段的土層密實度達到最大，不再發(fā)生變化后，其堤防段的承載力特征值處于較為穩(wěn)定的變化狀態(tài)。從各巖土層承載力建議值可看出，各土層承載力建議值在172.8-396kPa之間，當達到396kPa為研究河段堤防最大承載能力，因此各河段堤防當承載力達到396kPa時，隨著錘擊次數(shù)的增加，其承載力不再增加。

4 結(jié) 論

1)從不同類型土層的建議值可看出，不同土層的建議值分布在4.3-10.8之間，素填土(圓礫)的建議值最大，素填土(卵石)最低；

2)從錘擊次數(shù)可看出，在10-25次錘擊組數(shù)下，河道堤防不同土層的錘擊值變異系數(shù)和標準差最低，可見在錘擊次數(shù)達到10-25次，可以有效提高河道堤防工程巖土層的密實度，保持河道堤防巖土層的穩(wěn)定性；

3)對于同一類型巖土層而言，當錘擊次數(shù)達到10次以上時，其河道堤防承載力的特征值逐步趨于穩(wěn)定變化，這是因為當達到一定的重力錘擊次數(shù)下，河道堤防工程河段的土層密實度達到最大，不再發(fā)生變化后，其堤防段的承載力特征值處于較為穩(wěn)定。