對提高粉質填土壓實質量主要條件的探討

王 棟

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

隨著經濟和建設的快速發展，填方工程在工程建設中越來越常見。填土壓實質量的好壞直接決定上層建筑的安全和穩定。在壓實過程中，填土土粒在動荷載作用下產生移動，使得土體孔隙減少，干密度增大，壓縮性和透水性降低，強度增大，從而達到工程建筑的要求［1］。目前我國主要通過壓實度指標對填土進行壓實質量控制。然而，填土在什么條件下壓實才能達到規定的壓實度要求，是填方工程施工中值得長期研究和探討的重要問題。尤其是對于粉土，由于工程性質不佳，過度壓實會使土體易于吸水軟化，影響工程質量。本文在探討粉土擊實原理的基礎上，對影響粉質土壓實的因素進行了探討，從而提出提高粉質土壓實質量的主要條件。

1 粉土壓實機理及擊實試驗結果

一般環境狀態下的土體均為土、氣、水的三相體。土體的壓實機理是在瞬時作用的動荷載作用下，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整組合，土體空隙減小，單位體積內的土體質量增加，土體壓實后的強度和穩定性有所提高。研究表明，不同類型的土壓實性能不同［2］。粗粒土和細粒土、粉質土和粘質土在相同擊實條件下壓實后的表現并不相同。粉質土細粒含量較多，土顆粒主要為0.005 mm～0.075 mm的粉粒，且粒徑均勻，級配不良。擊實過程中細顆粒之間的空隙并不能被更小的土顆粒所填充，無法形成太密實的填充和嵌擠結構，因此粉土不易壓實，壓實性能較差。此外，粉土毛細現象發達，表面易蒸發失水，下層受毛細孔影響易吸水、滲透。因此粉土與粘性土和砂土不同，它在含水量過高或過低時均不能很好的壓實。當含水量過低時，水分易蒸發，顆粒分散，聚合能力和水吸附能力差，擊實時會出現揚塵，土體不易壓實。當含水量過高時，孔隙水難以快速消散，部分擊實能被孔隙水承擔，從而造成能量的浪費和橡皮土現象，導致此時的粉土也不易壓實［3］。

2 提高粉土壓實質量的條件

1)含水量的影響。粉土在不同含水量下擊實時所能達到的干密度是不同的。其干密度值隨含水量先增大后減小。粉質土在填筑時含水量過小或過大，均不能碾壓到最密實的狀態，壓實度難以達到規范要求。含水量過小時，土粒間的內摩阻力大，在某一擊實能下壓實到一定程度后，這一擊實能將不能再繼續克服土體抗力，從而壓實的干密度較小。但當含水量增大到某一程度時，壓實干密度開始顯著增加。對一般低液限粉土，這一含水量值約為6%～7%。此時增加的水分在土顆粒間起到了潤滑作用，減小土粒間的內摩阻力，擊實能可繼續發揮作用，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。這是因為此時過大的含水量使得土體中產生自由水，阻礙土粒移動，且此時作用在土體上的擊實能有相當一部分被水消耗，土體干密度反而下降。可見對于粉土而言，應注意填筑時的含水量是否控制在最優含水量附近。而控制最優含水量需要注意到天然含水量在不同季節和時間的變化，實際操作時，應多次、多個地對土體的天然含水量進行測定，并在澆筑時讓水分有充分的時間滲透到土體中，從而在最優含水量下進行碾壓。最優含水量往往通過室內擊實試驗確定，因此在進行室內擊實試驗時，土樣是否具有代表性以及室內擊實試驗結果的準確性都是提高粉土壓實質量的關鍵。2)有學者在文獻中指出，粉土土樣盡管在最優含水量下壓實到最大干密度，但土體中含氣量仍達到 6.8%，孔隙比為0.42［4］。表明即使保證填筑時的含水量為最優含水量，也不盡然會使壓實粉土具有良好的性能。只能說填筑含水量是保證壓實質量的因素之一，但比較重要。隨擊實能增大，土體的最優含水量減小，最大干密度增加。但擊實能對土體在不同范圍內的含水量的影響是不同的。土體含水量較小時，增加擊實能對增大土體干密度有顯著效果，但含水量較大時則效果不明顯。可見土體含水量較大時不宜采取增加擊實能的辦法來增大干密度，這種方法在此種情況下并不經濟。此外壓實度是指現場檢測干密度與室內擊實試驗得到的最大干密度之比。提高壓實度是提高粉土壓實質量的關鍵，但應保證現場選用的壓實機械所能達到的擊實能與室內擊實試驗時采取的擊實能一致。而室內擊實試驗測定的最大干密度的準確性是保證壓實度與實際相符的重要條件。3)除含水量和擊實能外，壓實機械、壓實方法、碾壓遍數、碾壓層厚度以及碾壓速度等都會對土體壓實產生一定的影響［1，5］。不同的壓實機械和壓實方法適用于不同的土體。如羊足碾適用于粘性土，光面壓路機和輪胎壓路機則適用于各種土的壓實。對粉土而言，其在松散、半密實和密實狀態下的自振頻率不同，隨著密實度增加，自振頻率由低向高擴散。可根據振動頻率選用振動壓路機或沖擊式壓路機。此外，粉土由于粘粒含量少，顆粒間粘結力弱，受振動作用可將下部深度范圍內的土體壓實。因此粉土壓實時適合采用振動和沖擊式壓路機聯合碾壓，同時配合靜力式壓路機壓實上部土體。碾壓遍數反映了同種壓路機械擊實能的大小，因此粉土壓實時不應一味增加碾壓遍數。另外還應注意到粉土由于顆粒細，表面水分易散失，水分不易下滲，碾壓時土層不應過厚等問題。

3 結語

由以上分析可知，粉土壓實時若能滿足下述條件，可使壓實質量得到提高:1)填筑時的含水量應控制在最優含水量附近，一般為最優含水量±2%的范圍內。2)應在經濟擊實能下對粉土進行壓實。3)室內擊實試驗測得的最大干密度和最優含水量的準確性是保證壓實度與其真實值保持一致的重要條件。4)采用振動、沖擊和靜壓相結合的方式對粉土進行壓實，能取得較好的壓實效果。粉土壓實時需要在多個條件同時滿足的情況下才能達到最佳效果。因此控制施工含水量、選擇合理的施工機械和壓實方法等均為保證粉土壓實質量的重要條件。

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

［2］崔文毅.粉質土和粘質土的壓實技術［J］.建筑機械，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［J］.施工技術，2008，37(S6):120-123.

［4］彭麗云，劉建坤，肖軍華，等.京九線路基壓實粉土力學特性的試驗［J］.北京交通大學學報，2007，31(4):56-60.

［5］王 軍.淺談影響高速公路路基壓實度的主要因素及其處理辦法［J］.鐵道標準設計，2003(3):46-47.