細(xì)粒土輕型擊實(shí)試驗(yàn)在泄洪通道防洪堤防工程中的應(yīng)用

廖榮

擊實(shí)試驗(yàn)宗旨是：在某一擊實(shí)工能作用下發(fā)現(xiàn)土壤含水率、壓實(shí)功能、細(xì)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(xiàng)目需求的擊實(shí)土最大干密度及對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水量，同時(shí)關(guān)注擊實(shí)土壤的構(gòu)造和強(qiáng)度等相關(guān)特點(diǎn)，本文以實(shí)際工程為基礎(chǔ)，進(jìn)行試驗(yàn)分析，了解細(xì)粒土的最佳含水量與性能相互作用，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的碾壓試驗(yàn)，總結(jié)出了合理的碾壓方式，從而達(dá)到最好的壓實(shí)效果，為提高水利工程施工工作的開展水平貢獻(xiàn)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(diǎn)挖土的方式。場(chǎng)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(dòng)、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(gè)不同地點(diǎn)淺部采集①1層填土、②1層灰黃色粘性土試樣進(jìn)行了輕型擊實(shí)試驗(yàn)。

二、擊實(shí)試驗(yàn)

1.室內(nèi)試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)使用STDJ-3型數(shù)顯多功能電動(dòng)擊實(shí)儀（圖1），錘質(zhì)量2.5Kg，擊實(shí)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(guò)5mm篩，將篩下土樣拌均，并測(cè)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(gè)樣配置5個(gè)不同含水率，相鄰2個(gè)試樣含水率差值＜2%。靜置24h后，將試樣分3層倒入擊實(shí)筒內(nèi)分層擊實(shí)，每層擊實(shí)25下。取出試樣稱量并測(cè)出含水率。

圖1 STDJ-3型數(shù)顯多功能電動(dòng)擊實(shí)儀

2.試樣成果分析

實(shí)驗(yàn)證明：細(xì)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(shí)，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(duì)小，擊實(shí)作業(yè)中更方便擊實(shí)，讓土壤中的細(xì)顆粒密切接觸，方便實(shí)現(xiàn)最大干密度。當(dāng)含水量超出最佳含水量時(shí)，細(xì)粒土連結(jié)水膜相對(duì)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(xì)粒土滲水相對(duì)小，所以致使細(xì)粒土中多出的水量難以清除，若水量不及時(shí)滲出時(shí)，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的孔縫水壓力，擊實(shí)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(duì)大的擊實(shí)性能；含水量多時(shí)，富余水分不能及時(shí)排出的情況下，含水量變化情況也小，必定壓實(shí)干密度相對(duì)小，已至引起擊實(shí)時(shí)，土體損壞產(chǎn)生“橡皮土”問(wèn)題，若細(xì)粒土含水量高出最佳含水量時(shí)，此次擊實(shí)土一般具備擴(kuò)散構(gòu)造特點(diǎn)，此種細(xì)粒土的可塑造性較大，其適合轉(zhuǎn)變能力強(qiáng)，但強(qiáng)度低、干密度小是其缺陷。

含水量低于最佳含水量時(shí)，細(xì)粒土連結(jié)水膜相對(duì)薄，細(xì)粒土間的摩擦力相對(duì)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(shí)功能也大，然而在相對(duì)大擊實(shí)功下才能獲得相對(duì)大的干密度。含水量低于最佳含水量時(shí)，此次擊實(shí)土一般具備凝結(jié)構(gòu)造的特點(diǎn)，此種細(xì)粒土的可塑性較小、易脆硬、符合扭曲能力小，強(qiáng)度相對(duì)高，當(dāng)被水浸泡時(shí)，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(shí)試驗(yàn)成果

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，①1層、②1層粘性土回填壓實(shí)后（壓實(shí)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(yàn)結(jié)果見下表1。

表1 輕型擊實(shí)試驗(yàn)成果

三、擊實(shí)試驗(yàn)在工程中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

1.合理層的選擇

細(xì)粒土含水量適合時(shí)，采用相對(duì)低的壓實(shí)功開始?jí)簩?shí)，壓實(shí)功逐步加大，土壤干密度也出現(xiàn)急劇增大形式；隨后，壓實(shí)功加大，土壤干密度轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛黾樱坏竭_(dá)新的起點(diǎn)之后，即便壓實(shí)功的增加相對(duì)大，但土壤干密度卻出現(xiàn)橫向的小增加狀況，此新起點(diǎn)的壓實(shí)功就是我們說(shuō)的為臨界功，利用本功壓實(shí)細(xì)粒土，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)好的功效。如果采用超出臨界功的壓實(shí)功進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)功增加很大，但是細(xì)粒土最高干密度反而增加甚小，不容易實(shí)現(xiàn)相對(duì)好的壓實(shí)成效。

2.現(xiàn)場(chǎng)碾壓

碾壓工具：重型壓實(shí)工具不屬于重型壓實(shí)，碾壓器具分量增大時(shí)，需進(jìn)行碾壓次數(shù)和擊實(shí)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(shí)中引起碾壓設(shè)備下沉和土體破損產(chǎn)生“橡皮土”問(wèn)題；其次，預(yù)防欠壓、漏壓，所以壓實(shí)次數(shù)不應(yīng)大量縮減，壓實(shí)設(shè)備太重時(shí)，超出的碾壓功增大的土壤最大干密度反而很少，不實(shí)惠。振擊頻率：按土共振物理原理，壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行碾壓時(shí)，當(dāng)激勵(lì)頻率靠近，或等于碎石土的固定頻率時(shí)，壓實(shí)成效最好。98%～100%壓實(shí)細(xì)粒土的固定頻率在29～32Hz之間，96%～98%壓實(shí)細(xì)粒土的固定頻率在27～29Hz之間。

振幅：針對(duì)相對(duì)薄的粘性土層，壓實(shí)作業(yè)中如果振幅太大，太高的壓實(shí)功不僅不被壓實(shí)物料吸收，還會(huì)因振幅太大，而引發(fā)完成壓實(shí)的薄層粘性土又更加疏松，所以，針對(duì)較薄的粘性土層，壓實(shí)作業(yè)時(shí)需采取相對(duì)小的振幅。行駛效率：按照經(jīng)驗(yàn)粘性土壓實(shí)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(shí)土石壩粘性土，一般的碾壓設(shè)備是20/振擊錘，盡管遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出SDJ213—83壓實(shí)設(shè)備的分量標(biāo)準(zhǔn)，但是在作業(yè)當(dāng)中，沒(méi)有引起設(shè)備下沉和土體損壞，壓實(shí)次數(shù)通常是6遍左右，鋪設(shè)土厚在35cm上下，進(jìn)而提高了施工壓實(shí)工作功效。

細(xì)粒土現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)通過(guò)采取施工碾壓的方法，達(dá)到良好的壓實(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(lái)的發(fā)展過(guò)程中，我們可以靈活運(yùn)用輕型擊實(shí)試驗(yàn)的形式指導(dǎo)現(xiàn)代水利工程細(xì)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(xiàn)一份力量。

四、結(jié)語(yǔ)

碾壓細(xì)粒土被水浸泡時(shí)，土壤的壓實(shí)試驗(yàn)，需根據(jù)細(xì)粒土的液體極限數(shù)據(jù)預(yù)估最佳含水量，來(lái)當(dāng)作細(xì)粒土的壓實(shí)試驗(yàn)含水量管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如果超出合理功的壓實(shí)功時(shí)，不易完成極好的壓實(shí)成效。細(xì)粒土施工場(chǎng)內(nèi)，壓實(shí)試驗(yàn)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(shí)行合理分解，實(shí)行施工壓實(shí)，從而獲取更好的碾壓密度。土壤的碾壓密實(shí)度大于100時(shí)的狀況也是合理具備的，壓實(shí)度過(guò)百的根本原因是土壤的目標(biāo)離散性。