淺析如何摻配出符合特征粒徑要求填土的方法

汪海旭

（四川德成工程質(zhì)量檢測有限公司，四川 德陽 618000）

1 土料粒徑級配指標(biāo)的基本概念及其在工程中的應(yīng)用

土木工程中，土是指地球表面的巖石在大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用而破碎后，形成的由固體顆粒、水和氣體三部分組成的三相物質(zhì)。其中，固體顆粒構(gòu)成土的骨架，它對土的物理力學(xué)性質(zhì)起決定性作用。由于顆粒大小不同，土可以具有很不相同的性質(zhì)。例如粗顆粒的礫石，具有很強的透水性，完全沒有黏性和可塑性；而細顆粒的黏土則透水性很小，黏性和可塑性較大。顆粒的大小通常以粒徑表示，在篩分試驗中利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱過重量的烘干土樣過篩，分別稱留在各篩上的土重，然后計算相應(yīng)的百分?jǐn)?shù)，通過的最小篩孔的孔徑即為該土對應(yīng)的顆粒粒徑，粒徑的大小及不同尺寸顆粒在土中所占的百分比稱為土的粒徑級配。

在巖土工程中，應(yīng)根據(jù)工程的需要選擇土的級配。級配良好的土經(jīng)壓實后，細顆粒填充于粗顆粒所形成的孔隙中，容易得到較高的干密度和較好的力學(xué)特性，適用于填方工程。而級配均勻的土孔隙較多較大，有較好的滲透性，可用于排水結(jié)構(gòu)物和反濾層中。在高土石壩的心墻防滲料中，人們常在黏性土中加入一定數(shù)量的碎石，形成不連續(xù)級配的土料，在滲透系數(shù)增加不大的情況下，可節(jié)省黏土料，減少心墻的壓縮性。

2 如何摻配出符合特征粒徑要求土的方法研究

在巖土設(shè)計中，設(shè)計人員通常規(guī)定某種結(jié)構(gòu)物需要的土料級配控制指標(biāo)。例如某土石壩工程中，設(shè)計人員規(guī)定反濾料級配控制指標(biāo)見表1。表中d15 、d50 、d85 分別表示小于該粒徑的土顆粒的質(zhì)量占土顆?？傎|(zhì)量的15%、50%、85%所對應(yīng)的粒徑，通過土的粒徑級配曲線可以求得，dmax 表示允許最大料徑。

表1 反濾料設(shè)計級配控制指標(biāo)表

從上表可知，設(shè)計反濾料的粒徑范圍相差甚大，跨越幾個數(shù)量級；而施工單位在選擇料源時，無論是自行加工還是直接購買天然砂石料，都很難完全滿足設(shè)計控制級配的要求；此時，需要將幾種不同粒徑范圍的砂石料按重量比進行摻配。下面，我們舉例說明用三種不同粒徑范圍的砂石料來摻配表1所需控制級配要求的反濾料的方法：

步驟一，我們將三種料按粗細程度分別定名為粗料、中粗料和細料，將它們分別進行篩分，求出每種料的小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，然后將數(shù)據(jù)按表2的形式填入Excel 表格中。

表2 三種料的小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)統(tǒng)計表

從上表可知，粗料的粒徑基本集中在20mm～40mm 之間，中粗料的粒徑基本集中在5mm～20mm 之間，而細料的粒徑基本集中在0.5mm～10mm 之間，單一料源均不滿足表1的設(shè)計控制粒徑；因此，需要進行摻配。

步驟二，我們在Excel 表格中來試配不同質(zhì)量比例的粗料、中粗料和細料；假設(shè)我們按重量比1:1:1 來進行摻配，只需將三種料的小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別乘以1/3 后再相加，即得到按重量比1:1:1 摻配后的小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，如表3所示。

表3 三種料1:1:1 摻配后的小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)統(tǒng)計表

圖1 1:1:1 摻配后粒徑級配曲線

由圖1可知，按1:1:1 重量比摻配后土的特征粒徑d15 =0.7mm、d50=8.3mm 、d85=29mm，不符合表1的設(shè)計要求，需要重新配比。

步驟三，按以上步驟二的重量比1:1:1 進行摻配后的特征粒徑d15 及d50 均小于設(shè)計控制粒徑，因此，需要提高粗料的比例，現(xiàn)在我們假設(shè)按重量比2:1:1 來進行摻配，用上述同樣方法，將三種料的小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別乘以1/2、1/4、1/4 后再相加，即得到按重量比2:1:1 摻配后的小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如表4所示。

表4中，在V6 中輸入“=S6*1/2+T6*1/4+U6*1/4”按回車鍵，然后選擇V6 框并向下拖動右下角的自動填充按鈕，按重量比2:1:1 摻配后的小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)則自動填充于表格內(nèi)了，同時得出按2:1:1 重量比摻配后土的粒徑級配曲線如圖2所示：

表4三種料2:1:1 摻配后的小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)統(tǒng)計表

圖2 2:1:1 摻配后粒徑級配曲線

由圖2可知，按2:1:1 重量比摻配后土的特征粒徑d15 =1.9mm、d50=19mm 、d85=32mm，符合表1的設(shè)計要求，重新配比成功。

依此類推，我們可以根據(jù)不同的摻配比例，然后確定摻配后土的小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，從而方便快捷地繪制出粒徑級配曲線，通過級配曲線就可以判斷出摻配后土的特征粒徑是否滿足設(shè)計要求了。

綜上所述，如何摻配出符合特征粒徑要求的土，是施工單位經(jīng)常需要面對的問題。通過本文的分析，施工單位不需要在施工現(xiàn)場通過不斷的篩分試驗來尋找摻配比例，而只需將不同料源的土料各篩分一次，然后按本文所述的方法，就可以方便快捷地找到適合設(shè)計級配要求土料的摻配比例，從而提高施工效率。