天津市海河隧道干塢工程各類土回彈模量的確定

劉秀云

摘 要：回彈模量試驗主要用于公路和機場跑道等填方工程。目的在于通過對試樣進行規定下的加載和卸載，測定土的回彈變形量，以確定土的回彈模量。

關鍵詞：回彈模量；回彈變形；干塢

天津市海河隧道干塢工程地處于海河沿岸。干塢是預制沉管的工作平臺，施工方需在海河南岸挖掘一個面積約為5.4萬平方米的干塢，然后在這個干塢中預制三段高度約為9.8米，寬度約36.6米，長度約85米的鋼筋混凝土箱體——沉管，最后再用拖輪將這三段沉管沉放到海河河底，并在水下22米進行精準對接。該工程在73米深度范圍內所揭露地層土類大致分為淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、粉砂。本文涉及到的地層所處深度在地下12-32米范圍內，外表觀測各類土均為灰色，灰褐色。試驗結果表明土的天然含水率大且密度較小，回彈模量試驗方法選擇杠桿壓力儀法。

1 本次回彈試驗的過程控制

回彈試驗分為現場試驗和室內試驗兩種。室內試驗又分為杠桿壓力儀法和強度儀法。本次試驗采用杠桿壓力儀法，具體試驗過程介紹如下：

1.1 將放置試樣的不銹鋼筒放在杠桿壓力儀的底盤上，將承載板放在試樣的中心位置，并與杠桿壓力儀的加壓球座對正。將千分表固定在立柱上，并將千分表的測頭安放在承載板的表架上。

1.2 在杠桿壓力儀的加載架上施加砝碼，用預定的最大壓力p進行預壓。對含水率大于塑限的土，p=50～100kPa；對含水率小于塑限的土，p=100～200kPa。預壓應進行1～2次，每次預壓1min卸載。預壓后調整承載板位置，并將千分表調到零位。

1.3 將預定的最大壓力分為4～6級或更多級進行加載，每級加載時間為1min，記錄千分表讀數，同時卸載，當卸載1min時，記錄千分表讀數，再施加下一級荷載。如此逐級進行加載和卸載，并記錄千分表讀數，直至最后一級荷載。為使試驗曲線的開始部分比較準確，可將第1、第2級荷載再分別分成2小級進行加載和卸載。試驗中的最大壓力也可略大于預定的最大壓力。

2 試驗成果

本次對該工程的不同土類40組試樣分別進行了回彈模量試驗，對每類土比較有代表性的試樣結果進行了詳細對比和分析，具體試驗指標見表1～2，曲線圖1。

由表1分析：淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、粉砂物性試驗指標，含水率由44.8%逐漸降到20.8%；天然干密度由1.21g/cm3逐漸上升到1.63g/cm3；土類顆粒粒徑由細逐漸變粗；土層由軟逐漸變硬。

由表2分析：淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、粉砂在進行回彈模量測定過程中，垂直加荷的壓力逐級由小變大，對于淤泥質土垂直起始壓力為22（kPa），最終垂直壓力為77 （kPa）；依次對于粘土、粉質粘土、粉土、粉砂試驗過程中垂直壓力逐級變大，粉砂垂直起始壓力為44（kPa），最終垂直壓力為352 （kPa）。

經分析發現土質越軟，密度越小，對其進行試驗過程中垂直荷載的壓力級差越小，例如淤泥質土為11（kPa），相反垂直荷載的壓力級差越大，例如粉砂為22（kPa）～88（kPa），而其他土類的垂直荷載的壓力級差則介于兩者之間。

各類土回彈模量曲線回歸方程：淤泥質土為l = 0.0065p - 0.0274，粘土為l = 0.004p - 0.0248，粉質粘土為l = 0.0019p - 0.0010，粉土為：l = 0.0017p + 0.0017，粉砂為l = 0.0006p -0.0024。在相應的物性指標基礎上測得的各土類回彈模量區間大概為：淤泥質土為2.7×103（kPa），粘土為4.4×103（kPa），粉質粘土為8.7×103（kPa），粉土為1.1×104（kPa），粉砂為3.3×104（kPa）。

分析上述結果發現：曲線方程的斜率由淤泥質土到粉砂由大變小，說明隨著土顆粒由細變粗、密度由小變大、土質由軟變硬，曲線由陡逐漸變緩，回彈模量值由小變大。

3 回彈模量試驗過程中影響因素

3.1 試樣的制備。影響試驗成果準確與否的主要因素之一就是試樣的制備。制備過程中，要盡量保持試樣的天然狀態，防止擾動；為盡量保障試驗條件與現場接近，削取試樣的環刀體積要大，本次試驗的環刀直徑為6cm，高6 cm ；試樣要均勻，具有代表性；同時試樣兩端用玻璃片密封，防止水分蒸發，不能馬上進行試驗的試樣放在干燥缸里，干燥缸底部放有清水。

3.2 儀器調試。切記承載板要放在試樣的中心位置，并與杠桿壓力儀的加壓球座對正。將千分表固定在立柱上，并將千分表的測頭安放在承載板的表架上，表架一定要水平。

3.3 加卸荷載。對土施加預壓時，一定要根據土的含水率和密度大小而定，對于含水率大且密度小的軟土，預壓要小，并且逐級試著加大，切勿上來就超過土的承載能力而加壓，這會破壞了土的天然結構，導致試樣作廢。

4 結語

土的回彈模量測定進行3次平行試驗，每次試驗結果與回彈模量的均值之差不超過5%。本次資料整理過程中，在舍掉了離散性較大的試驗點基礎上，對曲線進行了回歸，某種程度上保證了回歸方程的可靠性。本文闡述的試驗成果，是在比較有代表性的試樣基礎上進行的，某種意義上這對周圍地層相應土類的回彈模量提供了參考依據。