細粒土分類及壓實特性研究

楊 甜

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

1 細粒土的分類

1.1 按照顆粒組成分類

按照我國現行的《巖土工程勘察規范》和《公路橋涵地基與基礎設計規范》中相關對土的劃分標準，按照細粒土的級配組成和液塑限情況，能夠對細粒土進一步進行細化分類，具體的劃分見表1。

表1 細粒土的分類

按照細料土的顆粒組成對進行劃分之后，在砂土和粘性土之間還存在粉土存在。粉土的工程特性具備了部分砂土和黏性土的特性，所以根據粉土中粘粒含量能夠將粉土進一步劃分為砂質粉土和黏質粉土，對砂土的具體分類具體見表2。

表2 砂土具體劃分表

1.2 按照細粒土的液塑限分類

從細料土液塑限角度對土進行工程分類，最早是從美國對細粒土的工程分類發展而來，形成了目前常見的塑性圖分類法，該方法被歐洲許多國家所采用。我國目前對細粒土的分類主要是按照當期的《公路土工試驗規程》中的相關內容進行分類，在分類過程中橫坐標為液限值，縱坐標為塑性指數，在這種分類方法中主要參照兩條經驗界限進行分類，一條為斜線，一條為豎線。分類的主要目的是用來將細粒土劃分為有機土和無機土、黏土和粉土，通常認為在經驗斜線界限之上的細粒土劃分為無機黏土，界限斜線之下的細粒土劃分為下側是無機粉土或有機土，豎線主要用來區分高塑性土和低塑性土。細粒土塑性圖劃分見圖1。

圖1 塑性圖

2 細粒土壓實特性研究

2.1 含水量對細粒土壓實特性影響

不管是在路基填筑施工過程中哪一種材料，或者是填筑材料的各項物理指標、力學指標是否符合規范中的相關要求。填料含水量的變化都是影響路基壓實特性的關鍵性因素，特別是細粒土的壓實過程中對土的含量變化較為敏感。一般當細粒土含水量偏大時，會導致壓實過程中的“起皮”現象，如果不及時控制好含水量的大小，就容易在壓實過程中形成“彈簧”現象;如果細粒土的含水量過小，容易在壓實過程中出現“揚塵”，所以在細粒土施工過程中要嚴格控制好土的含水量。

從微觀角度來說當含水量過大時在土顆粒之間有大量的自由水存在，在壓實過程中能夠對土體產生一定的有效壓力，壓力使得大部分自由水排出，但土中氣體很難被排出，壓實效果就會收到影響;當含水量減小時，土體中的自由水可以在土顆粒外形成一層水膜，能夠起到一定的潤滑作用，有利于土顆粒的運動，便于氣體排出，能夠保證土體達到較好的壓實效果，這也就是所說的土的最佳含水率;如果土體中的含水量自最佳含水量繼續減小，雖然從理論上講土顆粒內部的空氣容易排出，但是土顆粒之間的摩阻力增大，會使得土顆粒很難自由移動，這就很難使壓實度增大，壓實效果也不會很好。

2.2 填筑厚度對細粒土壓實特性影響

壓實厚度的變化對細粒土的壓實特性也有很多的影響。在相同的壓實功、土質、含水量等條件下，如果細粒土的壓實厚度越大，所獲得的壓實效果就越不理想。另外壓實的厚度與所選擇的壓實機具之間存在著緊密的關系，不同的壓實機具對填筑的厚度有著不同的要求，特別是對于粉土或者粘土，松鋪厚度規范要求不能超過30 cm，相比較普通的風化碎石松鋪厚度可以達到45 cm。大量的工程實踐表明，當采用25 t 壓路機時，細粒土的壓實厚度不宜超過30 cm，當采用12～15 t 壓路機時壓實的厚度不宜超過25 cm，當采用小型壓實機具時壓實厚度不宜超過20 cm。施工中具體的填筑厚度應綜合考慮所選用的機械和材料的特性來綜合確定。

2.3 碾壓遍數對細粒土壓實特性影響

由于細粒土自身特性的影響，當壓實功達不到土體最大壓實條件時，細粒土的壓實度會隨著碾壓遍數的增加而增大，但當壓實功已經達到一定程度，如果再繼續增加碾壓的遍數，土體的密實度并不能一直增大，如果處理不好就會造成一定程度的浪費。

在研究過程中為了確定填筑厚度和碾壓遍數兩者之間的關系，通過在實驗室進行模擬，試驗分兩組進行，兩組所采用的細粒土及土的含水量都相同，采用的擊實儀器也相同，A 組分五層擊實，每層所需要的細粒土質量為89 g，每層擊實27 次;B 組分三層擊實，每層所需細粒土質量為800 g，每層擊實27 次，對擊實之后的數據整理結果見表2。

表2 模擬壓實的擊實數據

通過表2 可以發現，在相同的干密度條件下A 組擊實后的干密度為1.65 g/cm3，而B 組擊實后的干密度為1.59 g/cm3;同樣在含水率為的條件下，A 組擊實后的干密度為1.65 g/cm3，而B 組擊實后的干密度為1.59 g/cm3;由此可以反映出每層填筑厚度和每層碾壓遍數對路基密實度的影響。

2.4 碾壓過程對細粒土壓實特性的影響

在高速公路的路基壓實過程中，對碾壓過程提出了一定的要求，一般的碾壓順序是先靜碾壓再動碾壓，最后采用靜碾找平，碾壓過程中壓路機的噸位要先輕后重，碾壓需要從外側向中間碾壓。為了保證碾壓之后的路基的平整度，防止出現波浪、擁包等現象，碾壓過程中既要保證碾壓輪能夠對單位面積的土料產生足夠的壓實功，同時還要控制碾壓的速度，壓路機的碾壓速度一般要控制在1.5～2.5 km/h，最后的靜壓速度不能大于4 km/h。

2.5 壓實機具對細粒土壓實特性的影響

在室內擊實試驗中對細粒土的擊實可以分為輕型擊實和重型擊實，兩種不同的擊實方式所得到的土的最大干密度和最佳含水率是不相同的，正常情況下，輕型擊實試驗所得到的最大干密度比重型擊實所得到的最大干密度要小，而所得到的最佳含水率又比重型擊實所得到的最佳含水率要大。所以在細粒土的現場實際施工過程中必須要根據材料的特性選擇合適的壓實機具，隨著公路工程的不斷發展，重型壓實機具在公路路基壓實施工中的應用也越來越多，但并不一定所選擇的壓實機具重量越大就越好。比如臺背回填壓實過程，重型壓路機或采用重型擊實設備就有操作不方便的弊端，邊角位置的壓實度較難保障，同時過大的單次擊實功也會對橋涵結構物自身的結構穩定性造成一定的影響，并且容易碰到該處橋涵的涵身，這種情況下就不得不采用小型壓實機具或者人工夯實。此外，壓實機具的選擇還與細粒土土質本身有著一定的關系，一般低粘性土或者非粘性土適合用普通中型光面鋼輪壓路機進行壓實，粘性土適合用重型光面鋼輪壓路機進行壓實，對于粘性較小的土、沙礫料、土石混填等填料，就適合選擇振動式壓路機進行壓實。壓實機具還受壓實部位的影響。對于清表后的路基最底層，一般選用重型壓實機具，以便更有效的排出底層的氣體和多余的水分，使底層顆粒嵌合效果更好，形成的結構更穩定，為上層打下穩固的基礎;路基正常填筑層也大都采用重型壓實機具，同時配有凹凸輪等機具;對于臺背、路肩、小面積修補等區域的壓實，一般選用小型壓實機具。

3 結 語

細粒土是特性是影響路基壓實特性和路基穩定性的一個重要性因素，從細粒土分類和壓實特性兩個方面展開研究，從細料土粒徑組成和液塑限闡述了細粒土分類，從含水量、碾壓遍數、碾壓厚度等方面研究了細料土的壓實特性，以期為細粒土在公路工程中的應用提供積極參考。

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