天津市海河隧道干坞工程各类土回弹模量的确定

刘秀云

摘 要：回弹模量试验主要用于公路和机场跑道等填方工程。目的在于通过对试样进行规定下的加载和卸载，测定土的回弹变形量，以确定土的回弹模量。

关键词：回弹模量；回弹变形；干坞

天津市海河隧道干坞工程地处于海河沿岸。干坞是预制沉管的工作平台，施工方需在海河南岸挖掘一个面积约为5.4万平方米的干坞，然后在这个干坞中预制三段高度约为9.8米，宽度约36.6米，长度约85米的钢筋混凝土箱体——沉管，最后再用拖轮将这三段沉管沉放到海河河底，并在水下22米进行精准对接。该工程在73米深度范围内所揭露地层土类大致分为淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。本文涉及到的地层所处深度在地下12-32米范围内，外表观测各类土均为灰色，灰褐色。试验结果表明土的天然含水率大且密度较小，回弹模量试验方法选择杠杆压力仪法。

1 本次回弹试验的过程控制

回弹试验分为现场试验和室内试验两种。室内试验又分为杠杆压力仪法和强度仪法。本次试验采用杠杆压力仪法，具体试验过程介绍如下：

1.1 将放置试样的不锈钢筒放在杠杆压力仪的底盘上，将承载板放在试样的中心位置，并与杠杆压力仪的加压球座对正。将千分表固定在立柱上，并将千分表的测头安放在承载板的表架上。

1.2 在杠杆压力仪的加载架上施加砝码，用预定的最大压力p进行预压。对含水率大于塑限的土，p=50～100kPa；对含水率小于塑限的土，p=100～200kPa。预压应进行1～2次，每次预压1min卸载。预压后调整承载板位置，并将千分表调到零位。

1.3 将预定的最大压力分为4～6级或更多级进行加载，每级加载时间为1min，记录千分表读数，同时卸载，当卸载1min时，记录千分表读数，再施加下一级荷载。如此逐级进行加载和卸载，并记录千分表读数，直至最后一级荷载。为使试验曲线的开始部分比较准确，可将第1、第2级荷载再分别分成2小级进行加载和卸载。试验中的最大压力也可略大于预定的最大压力。

2 试验成果

本次对该工程的不同土类40组试样分别进行了回弹模量试验，对每类土比较有代表性的试样结果进行了详细对比和分析，具体试验指标见表1～2，曲线图1。

由表1分析：淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、粉砂物性试验指标，含水率由44.8%逐渐降到20.8%；天然干密度由1.21g/cm3逐渐上升到1.63g/cm3；土类颗粒粒径由细逐渐变粗；土层由软逐渐变硬。

由表2分析：淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、粉砂在进行回弹模量测定过程中，垂直加荷的压力逐级由小变大，对于淤泥质土垂直起始压力为22（kPa），最终垂直压力为77 （kPa）；依次对于粘土、粉质粘土、粉土、粉砂试验过程中垂直压力逐级变大，粉砂垂直起始压力为44（kPa），最终垂直压力为352 （kPa）。

经分析发现土质越软，密度越小，对其进行试验过程中垂直荷载的压力级差越小，例如淤泥质土为11（kPa），相反垂直荷载的压力级差越大，例如粉砂为22（kPa）～88（kPa），而其他土类的垂直荷载的压力级差则介于两者之间。

各类土回弹模量曲线回归方程：淤泥质土为l = 0.0065p - 0.0274，粘土为l = 0.004p - 0.0248，粉质粘土为l = 0.0019p - 0.0010，粉土为：l = 0.0017p + 0.0017，粉砂为l = 0.0006p -0.0024。在相应的物性指标基础上测得的各土类回弹模量区间大概为：淤泥质土为2.7×103（kPa），粘土为4.4×103（kPa），粉质粘土为8.7×103（kPa），粉土为1.1×104（kPa），粉砂为3.3×104（kPa）。

分析上述结果发现：曲线方程的斜率由淤泥质土到粉砂由大变小，说明随着土颗粒由细变粗、密度由小变大、土质由软变硬，曲线由陡逐渐变缓，回弹模量值由小变大。

3 回弹模量试验过程中影响因素

3.1 试样的制备。影响试验成果准确与否的主要因素之一就是试样的制备。制备过程中，要尽量保持试样的天然状态，防止扰动；为尽量保障试验条件与现场接近，削取试样的环刀体积要大，本次试验的环刀直径为6cm，高6 cm ；试样要均匀，具有代表性；同时试样两端用玻璃片密封，防止水分蒸发，不能马上进行试验的试样放在干燥缸里，干燥缸底部放有清水。

3.2 仪器调试。切记承载板要放在试样的中心位置，并与杠杆压力仪的加压球座对正。将千分表固定在立柱上，并将千分表的测头安放在承载板的表架上，表架一定要水平。

3.3 加卸荷载。对土施加预压时，一定要根据土的含水率和密度大小而定，对于含水率大且密度小的软土，预压要小，并且逐级试着加大，切勿上来就超过土的承载能力而加压，这会破坏了土的天然结构，导致试样作废。

4 结语

土的回弹模量测定进行3次平行试验，每次试验结果与回弹模量的均值之差不超过5%。本次资料整理过程中，在舍掉了离散性较大的试验点基础上，对曲线进行了回归，某种程度上保证了回归方程的可靠性。本文阐述的试验成果，是在比较有代表性的试样基础上进行的，某种意义上这对周围地层相应土类的回弹模量提供了参考依据。