■全紅兵

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司　新疆　烏魯木齊　830002）

影響土的壓實(shí)性的因素及實(shí)踐中的應(yīng)用

■全紅兵

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新疆烏魯木齊830002）

對(duì)土料的壓實(shí)性影響因素的分析，通過擊實(shí)試驗(yàn)獲得最大干密度、最優(yōu)含水率，為勘察設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

土的壓實(shí)性擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度最優(yōu)含水率

土是自然界的產(chǎn)物，是一種松散的顆粒堆積物。土工建筑物，如土壩、道路填方都是用其作為建筑材料填筑而成的。為了滿足工程的要求，在施工中常常需要對(duì)填料壓實(shí)，以提高它的密實(shí)度（工程中以干密度表示）和均勻性，使填土有足夠的強(qiáng)度以及較小的壓縮性、透水性并減小沉降。對(duì)于大型和重要的工程，先有室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定填筑標(biāo)準(zhǔn)，再通過現(xiàn)場工地碾壓試驗(yàn)進(jìn)行校核，并確定最經(jīng)濟(jì)的碾壓參數(shù)（如碾壓機(jī)具重量、鋪土厚度等）或?qū)κ覂?nèi)試驗(yàn)提供的填筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，作為?shí)際施工控制的填筑標(biāo)準(zhǔn)。

在室內(nèi)研究土的壓實(shí)性主要通過擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行，擊實(shí)試驗(yàn)有輕型、重型之分。通過試驗(yàn)求得最大干密度、最優(yōu)含水率。對(duì)土的壓實(shí)性影響因素很多，主要有含水率、擊實(shí)功能、土的種類和級(jí)配、粗粒的含量等，現(xiàn)分別論述。

1　含水率的影響

對(duì)土的壓實(shí)，在不同的含水率下，用同一擊數(shù)，將他們分層擊實(shí)，就能得到一條含水率ω與相應(yīng)干密度ρd的關(guān)系曲線，如圖1。當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)后的干密度，隨含水率的增加而加大。而當(dāng)干密度增大到某一值后，含水率增加反而招致干密度減小，干密度達(dá)到最大值時(shí)成為該擊數(shù)下的最大干密度ρdmax，與它相對(duì)應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率ω0p,這樣就得出，在一定的擊數(shù)下，只有在一定的含水率下才能獲得最佳的擊實(shí)效果。對(duì)于這種特征是由于粘性土在含水率低時(shí)，表面吸著水層薄，擊實(shí)過程中土粒間的電作用力以引力為主，故土粒相對(duì)錯(cuò)動(dòng)困難，干密度就低。隨著含水率的增加，吸著水層增厚，擊實(shí)過程土粒間電作用引力減小，斥力增加，土粒易于錯(cuò)動(dòng)，故干密度也相應(yīng)增加，當(dāng)含水率超過某一值時(shí)，雖仍能使粒間引力減小，但此時(shí)空氣以封閉氣泡的形式存在于土體內(nèi)，擊實(shí)時(shí)很大一部分擊實(shí)功能有孔隙氣體承受，土粒受力相對(duì)減小，因而導(dǎo)致含水率增加，干密度反而減小。在通常實(shí)驗(yàn)中為了獲得具有峰值點(diǎn)擊實(shí)曲線，首先要配置接近于最優(yōu)含水點(diǎn)的土樣，實(shí)踐證明土的最優(yōu)含水一般接近于塑限值，故在進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)前，一般先做液塑限試驗(yàn)得出塑限值，再根據(jù)塑限值配置不同含水點(diǎn)的土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，如在實(shí)驗(yàn)中未取得具有峰值點(diǎn)的曲線，一般是調(diào)整擊實(shí)土樣的含水再進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，且土樣不宜重復(fù)使用。直到最終取得具有峰值點(diǎn)的擊實(shí)曲線，找出最優(yōu)含水和最大干密度。

圖1　擊實(shí)曲線

試驗(yàn)表明，在相同的擊實(shí)功能下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指數(shù)愈大，壓實(shí)愈困難，最大干密度越小，最優(yōu)含水率愈大，這是由于在相同的含水率下，粘粒含量越高，吸著水層就薄，擊實(shí)過程中土粒錯(cuò)動(dòng)就困難的緣故。筆者通過對(duì)以往所做擊實(shí)試驗(yàn)的總結(jié)，對(duì)于粘性土的ρdmax一般在 1.6g/cm3左右，最優(yōu)含水一般在18~20%。對(duì)于粉土的ρdmax一般在1.8g/cm3左右，最優(yōu)含水一般在14~16%。若遇到特殊的粘性土，如：含有粗粒的粘性土，且其中的粗粒土的干密度較大可導(dǎo)致該粘性土的最大干密度增大到1.7 g/cm3以上，最有含水也隨之減小到18~20%以下。對(duì)于無粘性土而言，含水率對(duì)壓實(shí)性的影響雖不像粘性土那么敏感，但還是有一定的影響，在試驗(yàn)中它的擊實(shí)曲線如圖2。

2　土類和級(jí)配的影響

在含水率曲線接近于零時(shí)它的干密度較高，可是在某一較小含水率下卻出現(xiàn)最低干密度。這被認(rèn)為由于假粘聚力的存在，擊實(shí)過程中一部分擊實(shí)功能消耗在克服這種假粘聚力而造成的。隨著含水率的增加，假粘聚力逐漸消失，就得到較高的干密度。因此，在無粘性土的實(shí)際填筑中，通常需要不斷灑水，使其在較高含水率下壓實(shí)。但在實(shí)際室內(nèi)試驗(yàn)中一般不進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)而用相對(duì)密度或緊密密度來反映無粘性土的壓實(shí)性。

圖2　無粘性土的擊實(shí)曲線

在同一類土中，土的級(jí)配對(duì)它的壓實(shí)性影響很大。級(jí)配均勻的，壓實(shí)干密度要比不均勻低，這是因?yàn)樵诩?jí)配均勻的土內(nèi)較粗土粒形成的孔隙很少有細(xì)土去填充。而級(jí)配不均勻的土則相反，有足夠的細(xì)粒去充填，因而能獲得較高的干密度。

圖3　不同擊數(shù)下的擊實(shí)曲線

3　擊實(shí)功能的影響

在試驗(yàn)室內(nèi)擊實(shí)功能是用擊實(shí)數(shù)來反映的，如果用同一種土在不同含水率下分別用不同擊數(shù)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，就得到一組隨擊數(shù)而異的含水率與干密度關(guān)系的曲線，如圖3。

由圖中可見最大干密度與最優(yōu)含水率不是常數(shù)，最大干密度隨擊數(shù)增加而增加，反之，最優(yōu)含水率逐漸減小，然而這種增大或減小的速率是遞減的。因此，只靠增加擊實(shí)功能來提高土的最大干密度是有一定限度的，當(dāng)含水率較低時(shí)擊數(shù)的影響較顯著，當(dāng)含水率較高時(shí)，含水與干密度關(guān)系的曲線趨近于飽和線，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的。針對(duì)擊實(shí)功能對(duì)壓實(shí)性影響的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室通常采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)，單位擊實(shí)功約為592.2kJ/m3，再根據(jù)水利、公路、建筑等不同工程規(guī)范要求進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。

4　粗粒含量的影響

在實(shí)驗(yàn)室中常用的輕型試驗(yàn)，允許試樣的最大粒徑小于5mm。當(dāng)土內(nèi)含有大于5mm的土粒時(shí)，應(yīng)剔除后再進(jìn)行試驗(yàn)。這樣，試驗(yàn)測得的最大干密度與最優(yōu)含水率必與實(shí)際土料（含大于5mm的土料）在相同擊實(shí)功能下的最大干密度與最優(yōu)含水率不同。但當(dāng)土料中大于5mm的土粒含量不超過25-30%（土粒渾圓時(shí)，允許達(dá)到30%，土粒是片狀時(shí)允許達(dá)25%），可認(rèn)為粗土?？删鶆蚍植荚诩?xì)粒之內(nèi)，同時(shí)細(xì)粒土達(dá)到它的最大干密度，于是實(shí)際土的最大干密度和最優(yōu)含水率通過下面計(jì)算式得出：

ρ’dmax=1/[(1-P5)/ρdmax+P5/ρωGS5]式中 ρ’dmax-相同擊實(shí)功能下實(shí)際土料的最大干密度；ρdmax-粒徑小于5mm土粒的最大干密度；P5-粒徑大于5mm土粒的含量；ρω-水的密度；GS5-粒徑大于5mm土粒的干比重（實(shí)際上用粗粒土的質(zhì)量除以它的飽和面干體積求得）。

ω’0p=ω0p(1-P5)+ωabP5式中 ω’0p-相同擊實(shí)功能下實(shí)際土料的最優(yōu)含水率；ω0p-粒徑小于5mm土料的最優(yōu)含水率；ω0b-粒徑大于5mm土粒的吸著含水率

5　結(jié)束語

通過土料壓實(shí)性影響因素的分析，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)時(shí)，首先根據(jù)工程要求及土粒的性質(zhì)選擇擊實(shí)方法，即輕型擊實(shí)或重型擊實(shí)，再根據(jù)試驗(yàn)要求配置不同含水率的土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)獲得的最佳擊實(shí)曲線進(jìn)而求得最大干密度和最優(yōu)含水率，為勘察設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]瑢趙亢,朱春林.機(jī)械式停車庫設(shè)計(jì)探析 [J].有色金屬設(shè)計(jì),2013,9(40):74-78.

[2]曹開明.汽車立體式停車場 [J].公路交通科技,1999,6(16):78-80.

TU4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-467-1

全紅兵（1966～），男，本科，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣こ痰刭|(zhì)。