海河流域平原区河道堤防工程大多为1963年洪水后人工就地取土填筑而成。堤身土体多为粘性土——壤土或粉质粘土组成,局部堤段为砂壤土或粉细砂、重粘土。
海河平原区粘性土主要由粘土矿物高岭石组成,次为伊利石,蒙脱石含量极少,因此粘性土的物理力学性质较稳定,是良好的筑堤材料。
粘性土的界限含水量,反应了本区的粘性土颗粒组成相对较粗,土粒比表面积不大、结合水的厚度较适中,具较好的压缩性和适中的塑性,作为筑堤材料是较好的。
从本区粘性土的击实特性来看,对于粉质粘土而言,粘粒含量15%~25%时在同样击实功能下击实性良好;可通过击实试验获得粘性土的最大干密度和最优含水量。在此需要说明的是:在一定击实功能下,最大干密度与击实功成正比,但绝非击实功越大干密度亦就越大;击实试验时,当超过一定击实功后,土的结构遭到回弹破坏,干密度反而变小,这是理论和实践上均需注意的问题。
本区的粘性土,当其土体达到最大干密度附近时,其抗渗强度较高,渗透系数在n×(10-6~10-7)cm/s间,很容易满足防渗要求,但是,当土的粘粒含量一定时,土体干密度增加百分之几,而渗系数可减小几十乃至百倍。因此,筑堤土料的含水率,直接影响着堤身土体干密度大小,影响着堤身土体的抗渗强度和抗剪强度。
海河平原区的粘性土,大多为低压缩性土,近海岸地带有中—高压缩性土,但其压缩性均随相应土体干密度增大而降低,这个规律性相当明显,符合一般粘性土的压缩特性。近海岸地带粘性中往往含有有机质,当有机质含量小于5%时,可不考虑其对土的压缩性的影响。
粘性土的抗剪强度受着土体干密度、孔隙压力、粘粒含量和荷载性质等因素的控制。三轴仪作出的为有效应力下的抗剪强度,而直剪仪作出的为总应力下的抗剪强度,这是大家熟知的。选择试验方法,应根据建筑物所处受力状态下边界条件和承受荷载的性质而定。海河流域的粘性土,同一土样,直剪获得的强度约相当三轴不固结不排水剪强度的2~3倍。(www.daowen.com)
由此可见,影响粘性土抗渗强度、抗剪强度、压缩性等物理力学性质最直接、最主要的指标是土体的干密度大小。对于砂性土或少粘性土,其相对密度亦是影响物理力学强度的直接指标。所以在堤防工程堤身土体质量分类中,我们选用了粘性土的干密度和砂性土的相对密度作为分类的主要依据,并考虑了现行的堤防工程设计和施工质量检验规程规范,深入研究了水、土相互作用机理及其对土体物理力学性质的影响,确定以堤身土体填筑干密度和相对密度等,评价堤身土体填筑质量,提出了堤防工程质量分类建议标准。
根据实地调查,采用该标准对堤身土体质量分类评价的结果,与原设计标准、施工程度和施工工艺下的预想结果基本吻合,该质量分类标准作为宏观质量控制标准是可行的,可以做为宏观决策参考。
海河流域各河系堤防工程堤身土体质量分类统计见表4-2。
表4-2 堤身土体质量分类统计表
注 百分数为长度的百分数。括号为Ⅱ级堤防的为别占百分数。
由上表统计资料可以看出,海河流域堤防工程堤身土体填筑质量较差,不能满足填筑质量技术要求的堤段长度达50%以上,这个统计数字可供决策参考。
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