細粒土輕型擊實試驗在泄洪通道防洪堤防工程中的應(yīng)用

廖榮

擊實試驗宗旨是：在某一擊實工能作用下發(fā)現(xiàn)土壤含水率、壓實功能、細粒土干燥與密度之間的相關(guān)聯(lián)系及基本順序，以確定該功能下符合項目需求的擊實土最大干密度及對應(yīng)的最優(yōu)含水量，同時關(guān)注擊實土壤的構(gòu)造和強度等相關(guān)特點，本文以實際工程為基礎(chǔ)，進行試驗分析，了解細粒土的最佳含水量與性能相互作用，并通過現(xiàn)場的碾壓試驗，總結(jié)出了合理的碾壓方式，從而達到最好的壓實效果，為提高水利工程施工工作的開展水平貢獻一份力量。

一、工程概況

某地區(qū)為平原地區(qū)，土地性質(zhì)多為農(nóng)田，利用的粘性土多為基坑、池塘、河道等開挖的多余部分。本工程若利用本地的粘性土作為堤岸的回填土，大致亦只能選擇合適的地點挖土的方式。場地內(nèi)淺部可作為填料的土層主要有①1層填土（表層0.3m～0.5m左右受人類活動、微生物及植物影響較大表土層應(yīng)棄除）、②1層灰黃色粘土。本次勘察從10個不同地點淺部采集①1層填土、②1層灰黃色粘性土試樣進行了輕型擊實試驗。

二、擊實試驗

1.室內(nèi)試驗方法

本次試驗使用STDJ-3型數(shù)顯多功能電動擊實儀（圖1），錘質(zhì)量2.5Kg，擊實筒內(nèi)徑102mm，筒高116 mm。取樣25kg，自然風(fēng)干，在橡皮板上用木碾碾散，然后過5mm篩，將篩下土樣拌均，并測定土樣的風(fēng)干含水率。根據(jù)土樣的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，每個樣配置5個不同含水率，相鄰2個試樣含水率差值＜2%。靜置24h后，將試樣分3層倒入擊實筒內(nèi)分層擊實，每層擊實25下。取出試樣稱量并測出含水率。

圖1 STDJ-3型數(shù)顯多功能電動擊實儀

2.試樣成果分析

實驗證明：細粒土的最佳含水量和其性能相關(guān)，含水量多少是受土壤性能差距影響，大概在塑性極限附近，是液體極限的0.55～0.65倍。最佳含水量時，土壤含水適宜，所以顆粒表層水膜薄厚度比較符合要求，土壤顆粒砂之間的摩擦力也相對小，擊實作業(yè)中更方便擊實，讓土壤中的細顆粒密切接觸，方便實現(xiàn)最大干密度。當(dāng)含水量超出最佳含水量時，細粒土連結(jié)水膜相對較厚，由于土中顆粒間的摩擦力降低，所以土粒容易轉(zhuǎn)移，也因細粒土滲水相對小，所以致使細粒土中多出的水量難以清除，若水量不及時滲出時，會發(fā)生相應(yīng)的孔縫水壓力，擊實碾壓作業(yè)中，需克制相應(yīng)的粒砂之間的間隙水壓力，將消除相對大的擊實性能；含水量多時，富余水分不能及時排出的情況下，含水量變化情況也小，必定壓實干密度相對小，已至引起擊實時，土體損壞產(chǎn)生“橡皮土”問題，若細粒土含水量高出最佳含水量時，此次擊實土一般具備擴散構(gòu)造特點，此種細粒土的可塑造性較大，其適合轉(zhuǎn)變能力強，但強度低、干密度小是其缺陷。

含水量低于最佳含水量時，細粒土連結(jié)水膜相對薄，細粒土間的摩擦力相對大，土粒很難轉(zhuǎn)移，因克制土粒之間的摩擦力較大，所以擊實功能也大，然而在相對大擊實功下才能獲得相對大的干密度。含水量低于最佳含水量時，此次擊實土一般具備凝結(jié)構(gòu)造的特點，此種細粒土的可塑性較小、易脆硬、符合扭曲能力小，強度相對高，當(dāng)被水浸泡時，易出現(xiàn)附帶沉降，而致壩體產(chǎn)生裂痕等病害。

3.本工程的擊實試驗成果

根據(jù)工程經(jīng)驗，①1層、②1層粘性土回填壓實后（壓實系數(shù)在0.9以上），其粘聚力C值可取15kPa～20kPa、內(nèi)摩擦角φ值可取14°～18°。其試驗結(jié)果見下表1。

表1 輕型擊實試驗成果

三、擊實試驗在工程中的應(yīng)用評價

1.合理層的選擇

細粒土含水量適合時，采用相對低的壓實功開始壓實，壓實功逐步加大，土壤干密度也出現(xiàn)急劇增大形式；隨后，壓實功加大，土壤干密度轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛黾?；到達新的起點之后，即便壓實功的增加相對大，但土壤干密度卻出現(xiàn)橫向的小增加狀況，此新起點的壓實功就是我們說的為臨界功，利用本功壓實細粒土，可實現(xiàn)相對好的功效。如果采用超出臨界功的壓實功進行壓實，壓實功增加很大，但是細粒土最高干密度反而增加甚小，不容易實現(xiàn)相對好的壓實成效。

2.現(xiàn)場碾壓

碾壓工具：重型壓實工具不屬于重型壓實，碾壓器具分量增大時，需進行碾壓次數(shù)和擊實層厚度的調(diào)節(jié)。碾壓設(shè)備的選取，首先不應(yīng)太重，避免壓實中引起碾壓設(shè)備下沉和土體破損產(chǎn)生“橡皮土”問題；其次，預(yù)防欠壓、漏壓，所以壓實次數(shù)不應(yīng)大量縮減，壓實設(shè)備太重時，超出的碾壓功增大的土壤最大干密度反而很少，不實惠。振擊頻率：按土共振物理原理，壓實設(shè)備進行碾壓時，當(dāng)激勵頻率靠近，或等于碎石土的固定頻率時，壓實成效最好。98%～100%壓實細粒土的固定頻率在29～32Hz之間，96%～98%壓實細粒土的固定頻率在27～29Hz之間。

振幅：針對相對薄的粘性土層，壓實作業(yè)中如果振幅太大，太高的壓實功不僅不被壓實物料吸收，還會因振幅太大，而引發(fā)完成壓實的薄層粘性土又更加疏松，所以，針對較薄的粘性土層，壓實作業(yè)時需采取相對小的振幅。行駛效率：按照經(jīng)驗粘性土壓實速率正常不大于4km/h，大概是0.09f是最好的施工速率。這幾年壓實土石壩粘性土，一般的碾壓設(shè)備是20/振擊錘，盡管遠遠超出SDJ213—83壓實設(shè)備的分量標(biāo)準(zhǔn)，但是在作業(yè)當(dāng)中，沒有引起設(shè)備下沉和土體損壞，壓實次數(shù)通常是6遍左右，鋪設(shè)土厚在35cm上下，進而提高了施工壓實工作功效。

細粒土現(xiàn)場碾壓試驗通過采取施工碾壓的方法，達到良好的壓實效果。重型碾壓器具的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)更多的考慮碾壓的頻率和壓實層的厚度，從而有效提高生產(chǎn)工作的開展效率，盡可能地不對區(qū)域內(nèi)原有的土體結(jié)構(gòu)造成破壞。除此之外，盡管我們要求將壓實度控制在不小于99%的情況下，但偶爾出現(xiàn)的超百現(xiàn)象也是有其合理性原因的，這與其指標(biāo)的離散性有著直接的關(guān)系。在未來的發(fā)展過程中，我們可以靈活運用輕型擊實試驗的形式指導(dǎo)現(xiàn)代水利工程細粒土碾壓工作的開展，從而為提高水利工程施工工作的開展水平貢獻一份力量。

四、結(jié)語

碾壓細粒土被水浸泡時，土壤的壓實試驗，需根據(jù)細粒土的液體極限數(shù)據(jù)預(yù)估最佳含水量，來當(dāng)作細粒土的壓實試驗含水量管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如果超出合理功的壓實功時，不易完成極好的壓實成效。細粒土施工場內(nèi)，壓實試驗將合理功，采用碾壓設(shè)備的技術(shù)參考數(shù)據(jù)及作業(yè)碾壓參考數(shù)據(jù)的方式實行合理分解，實行施工壓實，從而獲取更好的碾壓密度。土壤的碾壓密實度大于100時的狀況也是合理具備的，壓實度過百的根本原因是土壤的目標(biāo)離散性。