细粒土分类及压实特性研究

2015-08-05杨甜

黑龙江交通科技 2015年7期

关键词：细粒压路机机具

杨甜

(贵州省交通科学研究院股份有限公司)

1 细粒土的分类

1.1 按照颗粒组成分类

按照我国现行的《岩土工程勘察规范》和《公路桥涵地基与基础设计规范》中相关对土的划分标准，按照细粒土的级配组成和液塑限情况，能够对细粒土进一步进行细化分类，具体的划分见表1。

表1 细粒土的分类

按照细料土的颗粒组成对进行划分之后，在砂土和粘性土之间还存在粉土存在。粉土的工程特性具备了部分砂土和黏性土的特性，所以根据粉土中粘粒含量能够将粉土进一步划分为砂质粉土和黏质粉土，对砂土的具体分类具体见表2。

表2 砂土具体划分表

1.2 按照细粒土的液塑限分类

从细料土液塑限角度对土进行工程分类，最早是从美国对细粒土的工程分类发展而来，形成了目前常见的塑性图分类法，该方法被欧洲许多国家所采用。我国目前对细粒土的分类主要是按照当期的《公路土工试验规程》中的相关内容进行分类，在分类过程中横坐标为液限值，纵坐标为塑性指数，在这种分类方法中主要参照两条经验界限进行分类，一条为斜线，一条为竖线。分类的主要目的是用来将细粒土划分为有机土和无机土、黏土和粉土，通常认为在经验斜线界限之上的细粒土划分为无机黏土，界限斜线之下的细粒土划分为下侧是无机粉土或有机土，竖线主要用来区分高塑性土和低塑性土。细粒土塑性图划分见图1。

图1 塑性图

2 细粒土压实特性研究

2.1 含水量对细粒土压实特性影响

不管是在路基填筑施工过程中哪一种材料，或者是填筑材料的各项物理指标、力学指标是否符合规范中的相关要求。填料含水量的变化都是影响路基压实特性的关键性因素，特别是细粒土的压实过程中对土的含量变化较为敏感。一般当细粒土含水量偏大时，会导致压实过程中的“起皮”现象，如果不及时控制好含水量的大小，就容易在压实过程中形成“弹簧”现象;如果细粒土的含水量过小，容易在压实过程中出现“扬尘”，所以在细粒土施工过程中要严格控制好土的含水量。

从微观角度来说当含水量过大时在土颗粒之间有大量的自由水存在，在压实过程中能够对土体产生一定的有效压力，压力使得大部分自由水排出，但土中气体很难被排出，压实效果就会收到影响;当含水量减小时，土体中的自由水可以在土颗粒外形成一层水膜，能够起到一定的润滑作用，有利于土颗粒的运动，便于气体排出，能够保证土体达到较好的压实效果，这也就是所说的土的最佳含水率;如果土体中的含水量自最佳含水量继续减小，虽然从理论上讲土颗粒内部的空气容易排出，但是土颗粒之间的摩阻力增大，会使得土颗粒很难自由移动，这就很难使压实度增大，压实效果也不会很好。

2.2 填筑厚度对细粒土压实特性影响

压实厚度的变化对细粒土的压实特性也有很多的影响。在相同的压实功、土质、含水量等条件下，如果细粒土的压实厚度越大，所获得的压实效果就越不理想。另外压实的厚度与所选择的压实机具之间存在着紧密的关系，不同的压实机具对填筑的厚度有着不同的要求，特别是对于粉土或者粘土，松铺厚度规范要求不能超过30 cm，相比较普通的风化碎石松铺厚度可以达到45 cm。大量的工程实践表明，当采用25 t 压路机时，细粒土的压实厚度不宜超过30 cm，当采用12～15 t 压路机时压实的厚度不宜超过25 cm，当采用小型压实机具时压实厚度不宜超过20 cm。施工中具体的填筑厚度应综合考虑所选用的机械和材料的特性来综合确定。

2.3 碾压遍数对细粒土压实特性影响

由于细粒土自身特性的影响，当压实功达不到土体最大压实条件时，细粒土的压实度会随着碾压遍数的增加而增大，但当压实功已经达到一定程度，如果再继续增加碾压的遍数，土体的密实度并不能一直增大，如果处理不好就会造成一定程度的浪费。

在研究过程中为了确定填筑厚度和碾压遍数两者之间的关系，通过在实验室进行模拟，试验分两组进行，两组所采用的细粒土及土的含水量都相同，采用的击实仪器也相同，A 组分五层击实，每层所需要的细粒土质量为89 g，每层击实27 次;B 组分三层击实，每层所需细粒土质量为800 g，每层击实27 次，对击实之后的数据整理结果见表2。

表2 模拟压实的击实数据

通过表2 可以发现，在相同的干密度条件下A 组击实后的干密度为1.65 g/cm3，而B 组击实后的干密度为1.59 g/cm3;同样在含水率为的条件下，A 组击实后的干密度为1.65 g/cm3，而B 组击实后的干密度为1.59 g/cm3;由此可以反映出每层填筑厚度和每层碾压遍数对路基密实度的影响。

2.4 碾压过程对细粒土压实特性的影响

在高速公路的路基压实过程中，对碾压过程提出了一定的要求，一般的碾压顺序是先静碾压再动碾压，最后采用静碾找平，碾压过程中压路机的吨位要先轻后重，碾压需要从外侧向中间碾压。为了保证碾压之后的路基的平整度，防止出现波浪、拥包等现象，碾压过程中既要保证碾压轮能够对单位面积的土料产生足够的压实功，同时还要控制碾压的速度，压路机的碾压速度一般要控制在1.5～2.5 km/h，最后的静压速度不能大于4 km/h。

2.5 压实机具对细粒土压实特性的影响

在室内击实试验中对细粒土的击实可以分为轻型击实和重型击实，两种不同的击实方式所得到的土的最大干密度和最佳含水率是不相同的，正常情况下，轻型击实试验所得到的最大干密度比重型击实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击实所得到的最佳含水率要大。所以在细粒土的现场实际施工过程中必须要根据材料的特性选择合适的压实机具，随着公路工程的不断发展，重型压实机具在公路路基压实施工中的应用也越来越多，但并不一定所选择的压实机具重量越大就越好。比如台背回填压实过程，重型压路机或采用重型击实设备就有操作不方便的弊端，边角位置的压实度较难保障，同时过大的单次击实功也会对桥涵结构物自身的结构稳定性造成一定的影响，并且容易碰到该处桥涵的涵身，这种情况下就不得不采用小型压实机具或者人工夯实。此外，压实机具的选择还与细粒土土质本身有着一定的关系，一般低粘性土或者非粘性土适合用普通中型光面钢轮压路机进行压实，粘性土适合用重型光面钢轮压路机进行压实，对于粘性较小的土、沙砾料、土石混填等填料，就适合选择振动式压路机进行压实。压实机具还受压实部位的影响。对于清表后的路基最底层，一般选用重型压实机具，以便更有效的排出底层的气体和多余的水分，使底层颗粒嵌合效果更好，形成的结构更稳定，为上层打下稳固的基础;路基正常填筑层也大都采用重型压实机具，同时配有凹凸轮等机具;对于台背、路肩、小面积修补等区域的压实，一般选用小型压实机具。