對(duì)提高粉質(zhì)填土壓實(shí)質(zhì)量主要條件的探討

王 棟

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

隨著經(jīng)濟(jì)和建設(shè)的快速發(fā)展，填方工程在工程建設(shè)中越來(lái)越常見(jiàn)。填土壓實(shí)質(zhì)量的好壞直接決定上層建筑的安全和穩(wěn)定。在壓實(shí)過(guò)程中，填土土粒在動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生移動(dòng)，使得土體孔隙減少，干密度增大，壓縮性和透水性降低，強(qiáng)度增大，從而達(dá)到工程建筑的要求［1］。目前我國(guó)主要通過(guò)壓實(shí)度指標(biāo)對(duì)填土進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制。然而，填土在什么條件下壓實(shí)才能達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度要求，是填方工程施工中值得長(zhǎng)期研究和探討的重要問(wèn)題。尤其是對(duì)于粉土，由于工程性質(zhì)不佳，過(guò)度壓實(shí)會(huì)使土體易于吸水軟化，影響工程質(zhì)量。本文在探討粉土擊實(shí)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)影響粉質(zhì)土壓實(shí)的因素進(jìn)行了探討，從而提出提高粉質(zhì)土壓實(shí)質(zhì)量的主要條件。

1 粉土壓實(shí)機(jī)理及擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

一般環(huán)境狀態(tài)下的土體均為土、氣、水的三相體。土體的壓實(shí)機(jī)理是在瞬時(shí)作用的動(dòng)荷載作用下，粒徑較小的土顆粒被擠入粒間孔隙中，從而使得土顆粒位置重新調(diào)整組合，土體空隙減小，單位體積內(nèi)的土體質(zhì)量增加，土體壓實(shí)后的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有所提高。研究表明，不同類型的土壓實(shí)性能不同［2］。粗粒土和細(xì)粒土、粉質(zhì)土和粘質(zhì)土在相同擊實(shí)條件下壓實(shí)后的表現(xiàn)并不相同。粉質(zhì)土細(xì)粒含量較多，土顆粒主要為0.005 mm～0.075 mm的粉粒，且粒徑均勻，級(jí)配不良。擊實(shí)過(guò)程中細(xì)顆粒之間的空隙并不能被更小的土顆粒所填充，無(wú)法形成太密實(shí)的填充和嵌擠結(jié)構(gòu)，因此粉土不易壓實(shí)，壓實(shí)性能較差。此外，粉土毛細(xì)現(xiàn)象發(fā)達(dá)，表面易蒸發(fā)失水，下層受毛細(xì)孔影響易吸水、滲透。因此粉土與粘性土和砂土不同，它在含水量過(guò)高或過(guò)低時(shí)均不能很好的壓實(shí)。當(dāng)含水量過(guò)低時(shí)，水分易蒸發(fā)，顆粒分散，聚合能力和水吸附能力差，擊實(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)揚(yáng)塵，土體不易壓實(shí)。當(dāng)含水量過(guò)高時(shí)，孔隙水難以快速消散，部分擊實(shí)能被孔隙水承擔(dān)，從而造成能量的浪費(fèi)和橡皮土現(xiàn)象，導(dǎo)致此時(shí)的粉土也不易壓實(shí)［3］。

2 提高粉土壓實(shí)質(zhì)量的條件

1)含水量的影響。粉土在不同含水量下?lián)魧?shí)時(shí)所能達(dá)到的干密度是不同的。其干密度值隨含水量先增大后減小。粉質(zhì)土在填筑時(shí)含水量過(guò)小或過(guò)大，均不能碾壓到最密實(shí)的狀態(tài)，壓實(shí)度難以達(dá)到規(guī)范要求。含水量過(guò)小時(shí)，土粒間的內(nèi)摩阻力大，在某一擊實(shí)能下壓實(shí)到一定程度后，這一擊實(shí)能將不能再繼續(xù)克服土體抗力，從而壓實(shí)的干密度較小。但當(dāng)含水量增大到某一程度時(shí)，壓實(shí)干密度開(kāi)始顯著增加。對(duì)一般低液限粉土，這一含水量值約為6%～7%。此時(shí)增加的水分在土顆粒間起到了潤(rùn)滑作用，減小土粒間的內(nèi)摩阻力，擊實(shí)能可繼續(xù)發(fā)揮作用，干密度得到提高，單位體積土體中的空氣體積逐漸減小。但含水量繼續(xù)增大到某一極值后，土體干密度隨含水量增加反而減小。這是因?yàn)榇藭r(shí)過(guò)大的含水量使得土體中產(chǎn)生自由水，阻礙土粒移動(dòng)，且此時(shí)作用在土體上的擊實(shí)能有相當(dāng)一部分被水消耗，土體干密度反而下降?？梢?jiàn)對(duì)于粉土而言，應(yīng)注意填筑時(shí)的含水量是否控制在最優(yōu)含水量附近。而控制最優(yōu)含水量需要注意到天然含水量在不同季節(jié)和時(shí)間的變化，實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)多次、多個(gè)地對(duì)土體的天然含水量進(jìn)行測(cè)定，并在澆筑時(shí)讓水分有充分的時(shí)間滲透到土體中，從而在最優(yōu)含水量下進(jìn)行碾壓。最優(yōu)含水量往往通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定，因此在進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，土樣是否具有代表性以及室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性都是提高粉土壓實(shí)質(zhì)量的關(guān)鍵。2)有學(xué)者在文獻(xiàn)中指出，粉土土樣盡管在最優(yōu)含水量下壓實(shí)到最大干密度，但土體中含氣量仍達(dá)到 6.8%，孔隙比為0.42［4］。表明即使保證填筑時(shí)的含水量為最優(yōu)含水量，也不盡然會(huì)使壓實(shí)粉土具有良好的性能。只能說(shuō)填筑含水量是保證壓實(shí)質(zhì)量的因素之一，但比較重要。隨擊實(shí)能增大，土體的最優(yōu)含水量減小，最大干密度增加。但擊實(shí)能對(duì)土體在不同范圍內(nèi)的含水量的影響是不同的。土體含水量較小時(shí)，增加擊實(shí)能對(duì)增大土體干密度有顯著效果，但含水量較大時(shí)則效果不明顯?？梢?jiàn)土體含水量較大時(shí)不宜采取增加擊實(shí)能的辦法來(lái)增大干密度，這種方法在此種情況下并不經(jīng)濟(jì)。此外壓實(shí)度是指現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)干密度與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得到的最大干密度之比。提高壓實(shí)度是提高粉土壓實(shí)質(zhì)量的關(guān)鍵，但應(yīng)保證現(xiàn)場(chǎng)選用的壓實(shí)機(jī)械所能達(dá)到的擊實(shí)能與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)采取的擊實(shí)能一致。而室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定的最大干密度的準(zhǔn)確性是保證壓實(shí)度與實(shí)際相符的重要條件。3)除含水量和擊實(shí)能外，壓實(shí)機(jī)械、壓實(shí)方法、碾壓遍數(shù)、碾壓層厚度以及碾壓速度等都會(huì)對(duì)土體壓實(shí)產(chǎn)生一定的影響［1，5］。不同的壓實(shí)機(jī)械和壓實(shí)方法適用于不同的土體。如羊足碾適用于粘性土，光面壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)則適用于各種土的壓實(shí)。對(duì)粉土而言，其在松散、半密實(shí)和密實(shí)狀態(tài)下的自振頻率不同，隨著密實(shí)度增加，自振頻率由低向高擴(kuò)散?？筛鶕?jù)振動(dòng)頻率選用振動(dòng)壓路機(jī)或沖擊式壓路機(jī)。此外，粉土由于粘粒含量少，顆粒間粘結(jié)力弱，受振動(dòng)作用可將下部深度范圍內(nèi)的土體壓實(shí)。因此粉土壓實(shí)時(shí)適合采用振動(dòng)和沖擊式壓路機(jī)聯(lián)合碾壓，同時(shí)配合靜力式壓路機(jī)壓實(shí)上部土體。碾壓遍數(shù)反映了同種壓路機(jī)械擊實(shí)能的大小，因此粉土壓實(shí)時(shí)不應(yīng)一味增加碾壓遍數(shù)。另外還應(yīng)注意到粉土由于顆粒細(xì)，表面水分易散失，水分不易下滲，碾壓時(shí)土層不應(yīng)過(guò)厚等問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

由以上分析可知，粉土壓實(shí)時(shí)若能滿足下述條件，可使壓實(shí)質(zhì)量得到提高:1)填筑時(shí)的含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量附近，一般為最優(yōu)含水量±2%的范圍內(nèi)。2)應(yīng)在經(jīng)濟(jì)擊實(shí)能下對(duì)粉土進(jìn)行壓實(shí)。3)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的最大干密度和最優(yōu)含水量的準(zhǔn)確性是保證壓實(shí)度與其真實(shí)值保持一致的重要條件。4)采用振動(dòng)、沖擊和靜壓相結(jié)合的方式對(duì)粉土進(jìn)行壓實(shí)，能取得較好的壓實(shí)效果。粉土壓實(shí)時(shí)需要在多個(gè)條件同時(shí)滿足的情況下才能達(dá)到最佳效果。因此控制施工含水量、選擇合理的施工機(jī)械和壓實(shí)方法等均為保證粉土壓實(shí)質(zhì)量的重要條件。

［1］姚海龍.土路基壓實(shí)度影響因素分析［J］.湖南交通科技，2008，34(2):65-68.

［2］崔文毅.粉質(zhì)土和粘質(zhì)土的壓實(shí)技術(shù)［J］.建筑機(jī)械，2001(6):39-40.

［3］趙慧君，趙 旭，汪媛媛.低液限粉土路基施工控制技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2008，37(S6):120-123.

［4］彭麗云，劉建坤，肖軍華，等.京九線路基壓實(shí)粉土力學(xué)特性的試驗(yàn)［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31(4):56-60.

［5］王 軍.淺談?dòng)绊懜咚俟仿坊鶋簩?shí)度的主要因素及其處理辦法［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(3):46-47.