影響土的壓實性的因素及實踐中的應用

■全紅兵

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司　新疆　烏魯木齊　830002）

影響土的壓實性的因素及實踐中的應用

■全紅兵

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司新疆烏魯木齊830002）

對土料的壓實性影響因素的分析，通過擊實試驗獲得最大干密度、最優含水率，為勘察設計提供依據。

土的壓實性擊實試驗最大干密度最優含水率

土是自然界的產物，是一種松散的顆粒堆積物。土工建筑物，如土壩、道路填方都是用其作為建筑材料填筑而成的。為了滿足工程的要求，在施工中常常需要對填料壓實，以提高它的密實度（工程中以干密度表示）和均勻性，使填土有足夠的強度以及較小的壓縮性、透水性并減小沉降。對于大型和重要的工程，先有室內擊實試驗確定填筑標準，再通過現場工地碾壓試驗進行校核，并確定最經濟的碾壓參數（如碾壓機具重量、鋪土厚度等）或對室內試驗提供的填筑標準進行適當的修正后，作為實際施工控制的填筑標準。

在室內研究土的壓實性主要通過擊實試驗進行，擊實試驗有輕型、重型之分。通過試驗求得最大干密度、最優含水率。對土的壓實性影響因素很多，主要有含水率、擊實功能、土的種類和級配、粗粒的含量等，現分別論述。

1　含水率的影響

對土的壓實，在不同的含水率下，用同一擊數，將他們分層擊實，就能得到一條含水率ω與相應干密度ρd的關系曲線，如圖1。當含水率較低時，擊實后的干密度，隨含水率的增加而加大。而當干密度增大到某一值后，含水率增加反而招致干密度減小，干密度達到最大值時成為該擊數下的最大干密度ρdmax，與它相對應的含水率稱為最優含水率ω0p,這樣就得出，在一定的擊數下，只有在一定的含水率下才能獲得最佳的擊實效果。對于這種特征是由于粘性土在含水率低時，表面吸著水層薄，擊實過程中土粒間的電作用力以引力為主，故土粒相對錯動困難，干密度就低。隨著含水率的增加，吸著水層增厚，擊實過程土粒間電作用引力減小，斥力增加，土粒易于錯動，故干密度也相應增加，當含水率超過某一值時，雖仍能使粒間引力減小，但此時空氣以封閉氣泡的形式存在于土體內，擊實時很大一部分擊實功能有孔隙氣體承受，土粒受力相對減小，因而導致含水率增加，干密度反而減小。在通常實驗中為了獲得具有峰值點擊實曲線，首先要配置接近于最優含水點的土樣，實踐證明土的最優含水一般接近于塑限值，故在進行擊實試驗前，一般先做液塑限試驗得出塑限值，再根據塑限值配置不同含水點的土樣進行擊實試驗，如在實驗中未取得具有峰值點的曲線，一般是調整擊實土樣的含水再進行擊實試驗，且土樣不宜重復使用。直到最終取得具有峰值點的擊實曲線，找出最優含水和最大干密度。

圖1　擊實曲線

試驗表明，在相同的擊實功能下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指數愈大，壓實愈困難，最大干密度越小，最優含水率愈大，這是由于在相同的含水率下，粘粒含量越高，吸著水層就薄，擊實過程中土粒錯動就困難的緣故。筆者通過對以往所做擊實試驗的總結，對于粘性土的ρdmax一般在 1.6g/cm3左右，最優含水一般在18~20%。對于粉土的ρdmax一般在1.8g/cm3左右，最優含水一般在14~16%。若遇到特殊的粘性土，如：含有粗粒的粘性土，且其中的粗粒土的干密度較大可導致該粘性土的最大干密度增大到1.7 g/cm3以上，最有含水也隨之減小到18~20%以下。對于無粘性土而言，含水率對壓實性的影響雖不像粘性土那么敏感，但還是有一定的影響，在試驗中它的擊實曲線如圖2。

2　土類和級配的影響

在含水率曲線接近于零時它的干密度較高，可是在某一較小含水率下卻出現最低干密度。這被認為由于假粘聚力的存在，擊實過程中一部分擊實功能消耗在克服這種假粘聚力而造成的。隨著含水率的增加，假粘聚力逐漸消失，就得到較高的干密度。因此，在無粘性土的實際填筑中，通常需要不斷灑水，使其在較高含水率下壓實。但在實際室內試驗中一般不進行擊實試驗而用相對密度或緊密密度來反映無粘性土的壓實性。

圖2　無粘性土的擊實曲線

在同一類土中，土的級配對它的壓實性影響很大。級配均勻的，壓實干密度要比不均勻低，這是因為在級配均勻的土內較粗土粒形成的孔隙很少有細土去填充。而級配不均勻的土則相反，有足夠的細粒去充填，因而能獲得較高的干密度。

圖3　不同擊數下的擊實曲線

3　擊實功能的影響

在試驗室內擊實功能是用擊實數來反映的，如果用同一種土在不同含水率下分別用不同擊數進行擊實試驗，就得到一組隨擊數而異的含水率與干密度關系的曲線，如圖3。

由圖中可見最大干密度與最優含水率不是常數，最大干密度隨擊數增加而增加，反之，最優含水率逐漸減小，然而這種增大或減小的速率是遞減的。因此，只靠增加擊實功能來提高土的最大干密度是有一定限度的，當含水率較低時擊數的影響較顯著，當含水率較高時，含水與干密度關系的曲線趨近于飽和線，這時提高擊實功能是無效的。針對擊實功能對壓實性影響的特點，在實驗室通常采用輕型擊實試驗，單位擊實功約為592.2kJ/m3，再根據水利、公路、建筑等不同工程規范要求進行擊實試驗。

4　粗粒含量的影響

在實驗室中常用的輕型試驗，允許試樣的最大粒徑小于5mm。當土內含有大于5mm的土粒時，應剔除后再進行試驗。這樣，試驗測得的最大干密度與最優含水率必與實際土料（含大于5mm的土料）在相同擊實功能下的最大干密度與最優含水率不同。但當土料中大于5mm的土粒含量不超過25-30%（土粒渾圓時，允許達到30%，土粒是片狀時允許達25%），可認為粗土粒可均勻分布在細粒之內，同時細粒土達到它的最大干密度，于是實際土的最大干密度和最優含水率通過下面計算式得出：

ρ’dmax=1/[(1-P5)/ρdmax+P5/ρωGS5]式中 ρ’dmax-相同擊實功能下實際土料的最大干密度；ρdmax-粒徑小于5mm土粒的最大干密度；P5-粒徑大于5mm土粒的含量；ρω-水的密度；GS5-粒徑大于5mm土粒的干比重（實際上用粗粒土的質量除以它的飽和面干體積求得）。

ω’0p=ω0p(1-P5)+ωabP5式中 ω’0p-相同擊實功能下實際土料的最優含水率；ω0p-粒徑小于5mm土料的最優含水率；ω0b-粒徑大于5mm土粒的吸著含水率

5　結束語

通過土料壓實性影響因素的分析，實驗室在進行壓實試驗時，首先根據工程要求及土粒的性質選擇擊實方法，即輕型擊實或重型擊實，再根據試驗要求配置不同含水率的土樣進行擊實試驗，通過試驗獲得的最佳擊實曲線進而求得最大干密度和最優含水率，為勘察設計提供準確的壓實標準。

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TU4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-467-1

全紅兵（1966～），男，本科，中級工程師，研究方向為工程地質。