細粒土輕型擊實試驗在泄洪通道防洪堤防工程中的應用

廖榮

擊實試驗宗旨是：在某一擊實工能作用下發現土壤含水率、壓實功能、細粒土干燥與密度之間的相關聯系及基本順序，以確定該功能下符合項目需求的擊實土最大干密度及對應的最優含水量，同時關注擊實土壤的構造和強度等相關特點，本文以實際工程為基礎，進行試驗分析，了解細粒土的最佳含水量與性能相互作用，并通過現場的碾壓試驗，總結出了合理的碾壓方式，從而達到最好的壓實效果，為提高水利工程施工工作的開展水平貢獻一份力量。

一、工程概況

某地區為平原地區，土地性質多為農田，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挖土的方式。場地內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、微生物及植物影響較大表土層應棄除）、②1層灰黃色粘土。本次勘察從10個不同地點淺部采集①1層填土、②1層灰黃色粘性土試樣進行了輕型擊實試驗。

二、擊實試驗

1.室內試驗方法

本次試驗使用STDJ-3型數顯多功能電動擊實儀（圖1），錘質量2.5Kg，擊實筒內徑102mm，筒高116 mm。取樣25kg，自然風干，在橡皮板上用木碾碾散，然后過5mm篩，將篩下土樣拌均，并測定土樣的風干含水率。根據土樣的塑限預估最優含水率，每個樣配置5個不同含水率，相鄰2個試樣含水率差值＜2%。靜置24h后，將試樣分3層倒入擊實筒內分層擊實，每層擊實25下。取出試樣稱量并測出含水率。

圖1 STDJ-3型數顯多功能電動擊實儀

2.試樣成果分析

實驗證明：細粒土的最佳含水量和其性能相關，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，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小，擊實作業中更方便擊實，讓土壤中的細顆粒密切接觸，方便實現最大干密度。當含水量超出最佳含水量時，細粒土連結水膜相對較厚，由于土中顆粒間的摩擦力降低，所以土粒容易轉移，也因細粒土滲水相對小，所以致使細粒土中多出的水量難以清除，若水量不及時滲出時，會發生相應的孔縫水壓力，擊實碾壓作業中，需克制相應的粒砂之間的間隙水壓力，將消除相對大的擊實性能；含水量多時，富余水分不能及時排出的情況下，含水量變化情況也小，必定壓實干密度相對小，已至引起擊實時，土體損壞產生“橡皮土”問題，若細粒土含水量高出最佳含水量時，此次擊實土一般具備擴散構造特點，此種細粒土的可塑造性較大，其適合轉變能力強，但強度低、干密度小是其缺陷。

含水量低于最佳含水量時，細粒土連結水膜相對薄，細粒土間的摩擦力相對大，土粒很難轉移，因克制土粒之間的摩擦力較大，所以擊實功能也大，然而在相對大擊實功下才能獲得相對大的干密度。含水量低于最佳含水量時，此次擊實土一般具備凝結構造的特點，此種細粒土的可塑性較小、易脆硬、符合扭曲能力小，強度相對高，當被水浸泡時，易出現附帶沉降，而致壩體產生裂痕等病害。

3.本工程的擊實試驗成果

根據工程經驗，①1層、②1層粘性土回填壓實后（壓實系數在0.9以上），其粘聚力C值可取15kPa～20kPa、內摩擦角φ值可取14°～18°。其試驗結果見下表1。

表1 輕型擊實試驗成果

三、擊實試驗在工程中的應用評價

1.合理層的選擇

細粒土含水量適合時，采用相對低的壓實功開始壓實，壓實功逐步加大，土壤干密度也出現急劇增大形式；隨后，壓實功加大，土壤干密度轉變為緩慢增加；到達新的起點之后，即便壓實功的增加相對大，但土壤干密度卻出現橫向的小增加狀況，此新起點的壓實功就是我們說的為臨界功，利用本功壓實細粒土，可實現相對好的功效。如果采用超出臨界功的壓實功進行壓實，壓實功增加很大，但是細粒土最高干密度反而增加甚小，不容易實現相對好的壓實成效。

2.現場碾壓

碾壓工具：重型壓實工具不屬于重型壓實，碾壓器具分量增大時，需進行碾壓次數和擊實層厚度的調節。碾壓設備的選取，首先不應太重，避免壓實中引起碾壓設備下沉和土體破損產生“橡皮土”問題；其次，預防欠壓、漏壓，所以壓實次數不應大量縮減，壓實設備太重時，超出的碾壓功增大的土壤最大干密度反而很少，不實惠。振擊頻率：按土共振物理原理，壓實設備進行碾壓時，當激勵頻率靠近，或等于碎石土的固定頻率時，壓實成效最好。98%～100%壓實細粒土的固定頻率在29～32Hz之間，96%～98%壓實細粒土的固定頻率在27～29Hz之間。

振幅：針對相對薄的粘性土層，壓實作業中如果振幅太大，太高的壓實功不僅不被壓實物料吸收，還會因振幅太大，而引發完成壓實的薄層粘性土又更加疏松，所以，針對較薄的粘性土層，壓實作業時需采取相對小的振幅。行駛效率：按照經驗粘性土壓實速率正常不大于4km/h，大概是0.09f是最好的施工速率。這幾年壓實土石壩粘性土，一般的碾壓設備是20/振擊錘，盡管遠遠超出SDJ213—83壓實設備的分量標準，但是在作業當中，沒有引起設備下沉和土體損壞，壓實次數通常是6遍左右，鋪設土厚在35cm上下，進而提高了施工壓實工作功效。

細粒土現場碾壓試驗通過采取施工碾壓的方法，達到良好的壓實效果。重型碾壓器具的應用應當更多的考慮碾壓的頻率和壓實層的厚度，從而有效提高生產工作的開展效率，盡可能地不對區域內原有的土體結構造成破壞。除此之外，盡管我們要求將壓實度控制在不小于99%的情況下，但偶爾出現的超百現象也是有其合理性原因的，這與其指標的離散性有著直接的關系。在未來的發展過程中，我們可以靈活運用輕型擊實試驗的形式指導現代水利工程細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一份力量。

四、結語

碾壓細粒土被水浸泡時，土壤的壓實試驗，需根據細粒土的液體極限數據預估最佳含水量，來當作細粒土的壓實試驗含水量管理基礎數據。如果超出合理功的壓實功時，不易完成極好的壓實成效。細粒土施工場內，壓實試驗將合理功，采用碾壓設備的技術參考數據及作業碾壓參考數據的方式實行合理分解，實行施工壓實，從而獲取更好的碾壓密度。土壤的碾壓密實度大于100時的狀況也是合理具備的，壓實度過百的根本原因是土壤的目標離散性。