基于素填土地基下挡墙选型研究

杨 虎，曾 强，肖山喜

(深圳市水务规划设计院有限公司，广东 深圳 518008)

素填土主要由天然土经人工扰动和搬运堆填而成，不含杂质或者含杂质很少，一般由碎石、砂或粉土、黏性土等一种或几种材料组成。在工程应用中，素填土基础一般被认为是软弱基础，并不适宜作为持力层。

当素填土基础能够满足承载力及变形要求时，其作为小型构筑物的持力层是可行的，部分学者对此进行了研究[1- 2]。文高原等[3]基于相似法则对素填土在不同条件下的破坏模式进行了对比分析，提出不同条件下素填土边壁具有截然不同的破坏模式。王洁、郑玉元[4]结合工程实例，通过试验对素填土层的地基承载力以及变形模量进行了率定，其认为，地域性对素填土的承载力及变形有很大的影响，建立地方性的数据库及技术标准存在一定的可行性。邹琼燕和罗照华[5]通过试验对在外力作用下一段时间内上部土层(一定深度的素填土)的固结机理进行了简单分析，其提出填筑时间超过4年的素填土(6m厚)的力学性能相对稳定，可作为小型构筑物的持力层。

基于素填土基础的上部挡墙型式应该如何选择？对于该问题，学者们众说纷纭[6- 8]。王宏俊和沈长松[9]结合工程实例，从挡墙稳定性方面对多种软土地基上的挡墙进行了比选分析。彭常青等[10]对软土地基上高挡墙进行了分析，其认为挡墙抗滑稳定主要依靠地基与底板间的摩擦系数决定。在满足安全的前提下，吴事陆[11]通过考虑减少水质污染、维护生态平衡等因素对城市河道护坡型式进行了对比分析，其认为采用生态护坡型式是城市河道治理的必然趋势。

总的来看，素填土能否作为持力层需要检测其地基承载力及变形，基于素填土基础下挡墙型式的研究大多只考虑了挡墙的结构安全。其实，结合当前河道治理经验，在满足安全、经济的情况下，人们更多关心的是生态、亲水、文化，让河道与人类、生物更加地和谐共处。

本文结合地勘钻孔结果，确定素填土的地基承载力以及沉降情况，对比分析该基础情况下不同型式挡墙以及边坡的稳定性，结合经济、生态效果等影响因素，选择基于素填土基础下最优挡墙方案，为工程提供有益参考。

1 工程应用

新陂头河是茅洲河最大的一条支流，源于骑相公山。本文所涉及的河段位于新陂头河一级支流北支XB0+100.00～XB1+061.96，该河段左岸多为企业用地、居住用地，右岸多为山地、企业用地，现状堤防段为土堤，整体特征表现为成分和密实度不均一，堤身填土推积年限超过10年。经过地质测绘初步查明，堤身未出现洞穴、塌岸等不良地质现象，现状堤顶路有车辆动荷载常年作用，填土比较密实，在新建堤防培厚加高的附加荷载作用下，一般不存在较大的沉降变形问题。主要土层的物理力学参数见表1。

图1 石笼挡墙及混凝土挡墙情况下横断面图

地层原状土墙后填土土体类别①素填土②砂质黏土③粉细砂④中细砂①素填土摩擦角/(°)1315.1242713凝聚力/kPa1525.30015单位重度/(kN/m3)16.416.618.818.016.4地基承载力/kPa70～9070～11090～100100～13070～90

综合考虑防洪安全以及河道红线的影响，最终确定采用矩形复式断面，主槽采用柔性挡墙，挡墙控制边坡为1∶0.75～1∶1；二级平台设置在常水位以上，两岸为直立挡墙。本文将对直立挡墙形式进行比选分析，对应的横断面图如图1所示。

该项目计算工况主要包括施工期工况、洪水工况以及水位骤降期工况，经过分析，选取水位骤降时的工况为最不利工况。

本文将通过三方面对不同挡墙型式进行比较分析。

1.1 稳定性分析

结合地勘报告，通过理正岩土6.0软件以及Slide软件分别计算石笼挡墙以及混凝土挡墙在最不利工况下挡墙及边坡的稳定性。

采用理正岩土6.0软件计算挡墙自身的稳定性，计算结果见表2。

表2 挡墙稳定性计算结果

根据表2计算结果来看，在素填土基础上，石笼挡墙和混凝土挡墙的抗滑及抗倾覆稳定性都是满足规范要求的。混凝土挡墙由于自重较大，抗倾覆系数较大，但是根据工程经验，未经过地基处理混凝土挡墙的基底摩擦系数并不是很大，工程上一般取0.3～0.35，其抗滑稳定系数并不是很大。相比混凝土挡墙，根据现场石笼网箱试验结果，石笼网箱的基底摩擦系数能达到0.5以上，其适应地基变形的能力远远大于混凝土挡墙，同时石笼挡墙抗倾覆稳定系数也能满足规范要求。从施工质量考虑，混凝土挡墙抗滑稳定系数是基于底部加防滑凸榫的结果，工程经验显示，防滑凸榫的施工质量很难得到保证，这会直接影响混凝土挡墙的防滑效果。而石笼挡墙只需将石笼网箱一层一层堆叠起来，施工质量容易得到保障。

采用Slide软件计算两种挡墙型式下边坡整体稳定性，计算结果如图2所示。

由图2模拟的结果来看，石笼挡墙的整体稳定系数为1.283，混凝土挡墙的整体稳定系数为1.258，两种不同挡墙形式下边坡的整体稳定系数都是满足规范要求1.25的。根据数模结果，石笼挡墙的整体稳定更优于混凝土挡墙，主要包括两方面的原因：①石笼挡墙的透水性要好于混凝土挡墙；②相比于混凝土挡墙，当挡墙尺寸基本相同的情况下，石笼挡墙的容重更小，根据滑动的趋势来看，在该区域内挡墙的容重越小，更有利于整体岸坡的稳定。

综合挡墙自身稳定性以及边坡整体稳定性的比较结果来看，基于素填土基础情况下，采用石笼挡墙方案是优于混凝土挡墙方案的。

1.2 经济分析

结合深圳地区的石料及混凝土的价格，对石笼挡墙及混凝土挡墙每延米的造价进行比较分析，结果见表3。

图2 石笼挡墙及混凝土挡墙情况下边坡稳定模拟结果图

图3 石笼挡墙与混凝土挡墙效果图

表3 挡墙经济分析结果(深圳地区)

根据表1中结果来看，当结构尺寸基本一致的情况下，每延米石笼挡墙价格比混凝土挡墙价格要节省2346元，占石笼挡墙价格的58%。相比之下，石笼挡墙更加节省投资。

1.3 生态效果分析

目前，传统治河理念现在已经得到了很大的改变。河道的整治更倾向于原生态化，即在满足防洪安全的大前提下，如何让人类、原生态动植物与河道的关系更为融洽显得更加重要。相比混凝土挡墙，石笼挡墙的亲水性更好，与城市化进程更加和谐。石笼挡墙与混凝土挡墙效果图如图3所示。

总的来看，在素填土基础下，混凝土挡墙除了在自身稳定性方面要优于石笼挡墙外，在整体稳定性、经济以及生态效果方面都不及石笼挡墙。其实，石笼挡墙较混凝土挡墙也更加符合当下的生态治河理念。在达到防洪安全要求的大前提下，在素填土基础上采用石笼挡墙从安全上、经济以及生态效果上都是优于混凝土挡墙的，可为类似工程提供有益参考。

2 结语

本文通过安全、经济、景观效果3个方面因素对素填土基础上挡墙型式进行了对选分析。得出以下结论：

(1)采用理正岩土6.0软件以及Slide软件对基于素填土基础下两种不同型式挡墙进行了对比分析，结果显示，石笼挡墙自身稳定性以及边坡的稳定性相比混凝土挡墙更好。

(2)从经济以及生态效果上对石笼挡墙和混凝土挡墙进行了对比分析，表明石笼挡墙比混凝土挡墙经济性更好，景观效果更优，符合生态治河的理念，可为城市河道类似工程治理提供有益参考。

(3)目前学者对素填土的研究并不多，以素填土为基础是否可行仍需对素填土的固结时间、固结状态及承载力做进一步的研究与分析。