淺析如何摻配出符合特征粒徑要求填土的方法

汪海旭

（四川德成工程質量檢測有限公司，四川 德陽 618000）

1 土料粒徑級配指標的基本概念及其在工程中的應用

土木工程中，土是指地球表面的巖石在大氣中經受長期的風化作用而破碎后，形成的由固體顆粒、水和氣體三部分組成的三相物質。其中，固體顆粒構成土的骨架，它對土的物理力學性質起決定性作用。由于顆粒大小不同，土可以具有很不相同的性質。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，然后計算相應的百分數，通過的最小篩孔的孔徑即為該土對應的顆粒粒徑，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，應根據工程的需要選擇土的級配。級配良好的土經壓實后，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，可用于排水結構物和反濾層中。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量的碎石，形成不連續級配的土料，在滲透系數增加不大的情況下，可節省黏土料，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

在巖土設計中，設計人員通常規定某種結構物需要的土料級配控制指標。例如某土石壩工程中，設計人員規定反濾料級配控制指標見表1。表中d15 、d50 、d85 分別表示小于該粒徑的土顆粒的質量占土顆粒總質量的15%、50%、85%所對應的粒徑，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 反濾料設計級配控制指標表

從上表可知，設計反濾料的粒徑范圍相差甚大，跨越幾個數量級；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量百分數，然后將數據按表2的形式填入Excel 表格中。

表2 三種料的小于某粒徑之土質量百分數統計表

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量比例的粗料、中粗料和細料；假設我們按重量比1:1:1 來進行摻配，只需將三種料的小于該孔徑的土質量百分數分別乘以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量百分數，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量百分數統計表

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 均小于設計控制粒徑，因此，需要提高粗料的比例，現在我們假設按重量比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量百分數分別乘以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量百分數如表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量百分數則自動填充于表格內了，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量百分數統計表

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的設計要求，重新配比成功。

依此類推，我們可以根據不同的摻配比例，然后確定摻配后土的小于某粒徑之土質量百分數，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計級配要求土料的摻配比例，從而提高施工效率。