排水不良的無粘性土壓實控制指標的選定

□魏哲華（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局）

1 排水不良的無粘性土的定義

無粘性土是指粘粒含量不大于3%、塑性指數(shù)不大于3、顆粒間不具有粘結(jié)力的土，包括砂類土、礫類土、巨粒土及含巨粒土；細粒組在土體中的含量小于5%的無粘性土稱為能自由排水的無粘性土，包括堆石料、礫石、卵石、砂；細粒組在土體中含量為5%～15%并對土體排水有影響的無粘性土稱為排水不良的無粘性土，包括巨粒組中的卵石（漂石）混合土；礫類土中的含細粒土礫；砂類土中的含細粒土砂和細粒土質(zhì)砂。

2 排水不良的無粘性土質(zhì)量控制標準的依據(jù)

排水不良的土料，如無粘性粉土、極細砂或含有大量粉土砂質(zhì)、礫質(zhì)土，在高的擊實功能下得到的最大干密度往往大于振動法得到的最大干密度。目前我國對排水不良無粘性土的壓實指標沒有規(guī)范可循，美國工程兵團則規(guī)定當細粒組的細料含量超過5%時，98%的壓實度高于相對密度85%時，應(yīng)采用標準擊實試驗，否則采用相對密度指標控制。

3 排水不良的無粘性土控制指標選定的工程實例

3.1 工程實例一

一輸水渠道工程，設(shè)計流量85m3/s。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。屬Ⅰ等工程，渠道為1 級建筑物，渠系建筑物為2 級。渠道有一標段地基基礎(chǔ)存有風(fēng)積、洪積黃土堆積區(qū)為主的地質(zhì)區(qū)域，黃土厚度20～68m，屬輕微濕陷性黃土總長達26km，地形復(fù)雜，溝脊相間、沖溝較發(fā)育，地形起伏差大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，確定采用預(yù)浸水法對該段黃土進行處理。施工階段該段渠道采用預(yù)浸水法浸水56d，然后進行換填砂礫石層填筑及渠道防滲結(jié)構(gòu)施工。

該標段填筑用砂礫石料來源于1 號料場和2 號料場，根據(jù)《碾壓式土石壩施工規(guī)范》DL/T5129-2001 對填筑料物理性能指標進行料場復(fù)查。1 號料場取樣16 組，最大粒徑230mm，細粒組含量在7.2%～9.1%，為卵石混合土；2 號料場取樣13 組，最大粒徑100mm，細粒組含量在7.4%～11.4%，為含細粒土礫。根據(jù)粒徑組成繪制顆粒級配曲線，分別選取有代表性的土樣進行標準擊實試驗和相對密度試驗，試驗結(jié)果見表1。

表1 標準擊實與相對密度試驗成果表

可以看出：1 號、2 號料場標準擊實試驗比相對密度試驗下的最大干密度分別高出0.06～0.09g/cm3和0.04～0.06g/cm3，但僅從這一結(jié)果沒有相應(yīng)規(guī)范可以確定采用壓實度還是相對密度指標來控制，目前大多采用美國工程兵團規(guī)定無粘性土質(zhì)量控制標準的依據(jù)進行結(jié)果比較：1 號、2 號料質(zhì)在壓實度為0.98 時填筑密度分別為2.24～2.26g/cm3和2.23～2.28g/cm3，相對密度為0.85 時填筑密度分別為2.12～2.15g/cm3和2.16～2.20g/cm3。雖然兩個料場在料質(zhì)上有所不同，但是0.98 壓實度比0.85 相對密度分別高出0.12～0.14g/cm3和0.07～0.12g/cm3。

用20t 自行式振動平碾，以靜2+動6 的碾壓方式，鋪土厚度60cm 進行碾壓試驗，成果見表2。

表2 碾壓試驗成果表

從表2可以看出：碾壓試驗的填筑密度與標準擊實試驗結(jié)果相符。依據(jù)工程的規(guī)模、等級及設(shè)計規(guī)范要求，兩個料場的土質(zhì)均以壓實度控制為宜。

3.2 工程實例二

一攔河引水樞紐工程，屬I 等大（1）型工程，渠道總長128.19km，渠道沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，有砂礫石、土質(zhì)礫、粉砂土、中濕陷性黃土等地質(zhì)條件。由于工期較緊，除濕陷性黃土地基進行地基處理外，較好的地質(zhì)基礎(chǔ)采用開挖、翻曬進行回填。

有一標段18.30km 地基以粉砂土為主，沿線布置4 個斷面共計16 個探坑進行料場復(fù)查。1-1 和1-2 斷面細粒組含量在6.20%～9.70%和6.70%～10.80%，均為含細粒土砂；1-3 斷面細粒組含量在25.20%～30.50%，為粉土質(zhì)砂；1-4 斷面細粒組含量在30.20%～35.50%，為粘土質(zhì)砂；根據(jù)土料的粒徑組成繪制級配分布曲線。分別選取有代表性的土樣進行標準擊實試驗和相對密度試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 標準擊實與相對密度試驗成果表

從表3可知：1-1～1-3 斷面的含細粒土砂及粉土質(zhì)砂由于顆粒之間毛細管水壓力的作用，擊實曲線出現(xiàn)了雙峰的特征，擊實試驗得出的最大干密度結(jié)果比相對密度試驗得出的最大干密度低約0.10g/cm3，1-4 斷面的粘土質(zhì)砂由于粘粒含量在土骨架中的作用，擊實試驗得出的最大干密度結(jié)果比相對密度試驗得出的最大干密度低約0.02g/cm3。采用美國工程兵團規(guī)定無粘性土質(zhì)量控制標準的依據(jù)進行結(jié)果比較：1-1～1-3 斷面在壓實度為0.98 時填筑密度分別為1.63～1.65g/cm3和1.57～1.58g/cm3，相對密度為0.85 時填筑密度分別為1.69～1.71g/cm3和1.59～1.60g/cm3。1-4 斷面在壓實度為0.98 時填筑密度分別為1.60～1.61g/cm3，相對密度為0.85 時填筑密度分別為1.59～1.60g/cm3。1-1～1-3 斷面土料0.98 壓實度比0.85 相對密度的填筑密度低約0.06g/cm3，1-4 斷面土料0.98 壓實度與0.85 相對密度的填筑密度幾乎一致。

以LT220B 振動碾，靜2+高頻動碾3+低頻動碾3 的碾壓方式，鋪土厚度40cm 碾壓試驗成果見表4。

表4 碾壓試驗成果表

從兩種試驗方案得到的結(jié)果與碾壓試驗結(jié)果比較可知：1-1～1-3 斷面土料，以相對密度作為控制指標為宜，1-4 斷面土料以壓實度作為控制指標為宜。

4 結(jié)束語

水利工程中，無粘性土作為土方填筑的材料，填筑質(zhì)量標準的選定不能按照經(jīng)驗或照搬其它工程的控制標準，必須根據(jù)設(shè)計規(guī)范及大量的試驗結(jié)果分析綜合確定。在勘察設(shè)計階段要做足勘察試驗的工作量，初步確定土的工程特性；施工前要開展充分的料場復(fù)查工作，進一步核定土的各項物理力學(xué)性能指標，確定土的分類及工程性質(zhì)；能自由排水和透水性良好的無粘性土以孔隙比和相對密度作為質(zhì)量控制標準，而對于排水不良的無粘性土要經(jīng)過大量的試驗工作結(jié)合現(xiàn)場的碾壓試驗，以最有利工程安全的角度優(yōu)選壓實控制指標。

[1]徐雪峰.無粘性土壓實效果與含水量關(guān)系的探討[J].東北水利水電，2007（11）：59-60.

[2]郭阿明.無粘性土壓實控制指標分析[J].建材與裝飾，2009(10)：3-4.