细粒土轻型击实试验在泄洪通道防洪堤防工程中的应用

廖荣

击实试验宗旨是：在某一击实工能作用下发现土壤含水率、压实功能、细粒土干燥与密度之间的相关联系及基本顺序，以确定该功能下符合项目需求的击实土最大干密度及对应的最优含水量，同时关注击实土壤的构造和强度等相关特点，本文以实际工程为基础，进行试验分析，了解细粒土的最佳含水量与性能相互作用，并通过现场的碾压试验，总结出了合理的碾压方式，从而达到最好的压实效果，为提高水利工程施工工作的开展水平贡献一份力量。

一、工程概况

某地区为平原地区，土地性质多为农田，利用的粘性土多为基坑、池塘、河道等开挖的多余部分。本工程若利用本地的粘性土作为堤岸的回填土，大致亦只能选择合适的地点挖土的方式。场地内浅部可作为填料的土层主要有①1层填土（表层0.3m～0.5m左右受人类活动、微生物及植物影响较大表土层应弃除）、②1层灰黄色粘土。本次勘察从10个不同地点浅部采集①1层填土、②1层灰黄色粘性土试样进行了轻型击实试验。

二、击实试验

1.室内试验方法

本次试验使用STDJ-3型数显多功能电动击实仪（图1），锤质量2.5Kg，击实筒内径102mm，筒高116 mm。取样25kg，自然风干，在橡皮板上用木碾碾散，然后过5mm筛，将筛下土样拌均，并测定土样的风干含水率。根据土样的塑限预估最优含水率，每个样配置5个不同含水率，相邻2个试样含水率差值＜2%。静置24h后，将试样分3层倒入击实筒内分层击实，每层击实25下。取出试样称量并测出含水率。

图1 STDJ-3型数显多功能电动击实仪

2.试样成果分析

实验证明：细粒土的最佳含水量和其性能相关，含水量多少是受土壤性能差距影响，大概在塑性极限附近，是液体极限的0.55～0.65倍。最佳含水量时，土壤含水适宜，所以颗粒表层水膜薄厚度比较符合要求，土壤颗粒砂之间的摩擦力也相对小，击实作业中更方便击实，让土壤中的细颗粒密切接触，方便实现最大干密度。当含水量超出最佳含水量时，细粒土连结水膜相对较厚，由于土中颗粒间的摩擦力降低，所以土粒容易转移，也因细粒土渗水相对小，所以致使细粒土中多出的水量难以清除，若水量不及时渗出时，会发生相应的孔缝水压力，击实碾压作业中，需克制相应的粒砂之间的间隙水压力，将消除相对大的击实性能；含水量多时，富余水分不能及时排出的情况下，含水量变化情况也小，必定压实干密度相对小，已至引起击实时，土体损坏产生“橡皮土”问题，若细粒土含水量高出最佳含水量时，此次击实土一般具备扩散构造特点，此种细粒土的可塑造性较大，其适合转变能力强，但强度低、干密度小是其缺陷。

含水量低于最佳含水量时，细粒土连结水膜相对薄，细粒土间的摩擦力相对大，土粒很难转移，因克制土粒之间的摩擦力较大，所以击实功能也大，然而在相对大击实功下才能获得相对大的干密度。含水量低于最佳含水量时，此次击实土一般具备凝结构造的特点，此种细粒土的可塑性较小、易脆硬、符合扭曲能力小，强度相对高，当被水浸泡时，易出现附带沉降，而致坝体产生裂痕等病害。

3.本工程的击实试验成果

根据工程经验，①1层、②1层粘性土回填压实后（压实系数在0.9以上），其粘聚力C值可取15kPa～20kPa、内摩擦角φ值可取14°～18°。其试验结果见下表1。

表1 轻型击实试验成果

三、击实试验在工程中的应用评价

1.合理层的选择

细粒土含水量适合时，采用相对低的压实功开始压实，压实功逐步加大，土壤干密度也出现急剧增大形式；随后，压实功加大，土壤干密度转变为缓慢增加；到达新的起点之后，即便压实功的增加相对大，但土壤干密度却出现横向的小增加状况，此新起点的压实功就是我们说的为临界功，利用本功压实细粒土，可实现相对好的功效。如果采用超出临界功的压实功进行压实，压实功增加很大，但是细粒土最高干密度反而增加甚小，不容易实现相对好的压实成效。

2.现场碾压

碾压工具：重型压实工具不属于重型压实，碾压器具分量增大时，需进行碾压次数和击实层厚度的调节。碾压设备的选取，首先不应太重，避免压实中引起碾压设备下沉和土体破损产生“橡皮土”问题；其次，预防欠压、漏压，所以压实次数不应大量缩减，压实设备太重时，超出的碾压功增大的土壤最大干密度反而很少，不实惠。振击频率：按土共振物理原理，压实设备进行碾压时，当激励频率靠近，或等于碎石土的固定频率时，压实成效最好。98%～100%压实细粒土的固定频率在29～32Hz之间，96%～98%压实细粒土的固定频率在27～29Hz之间。

振幅：针对相对薄的粘性土层，压实作业中如果振幅太大，太高的压实功不仅不被压实物料吸收，还会因振幅太大，而引发完成压实的薄层粘性土又更加疏松，所以，针对较薄的粘性土层，压实作业时需采取相对小的振幅。行驶效率：按照经验粘性土压实速率正常不大于4km/h，大概是0.09f是最好的施工速率。这几年压实土石坝粘性土，一般的碾压设备是20/振击锤，尽管远远超出SDJ213—83压实设备的分量标准，但是在作业当中，没有引起设备下沉和土体损坏，压实次数通常是6遍左右，铺设土厚在35cm上下，进而提高了施工压实工作功效。

细粒土现场碾压试验通过采取施工碾压的方法，达到良好的压实效果。重型碾压器具的应用应当更多的考虑碾压的频率和压实层的厚度，从而有效提高生产工作的开展效率，尽可能地不对区域内原有的土体结构造成破坏。除此之外，尽管我们要求将压实度控制在不小于99%的情况下，但偶尔出现的超百现象也是有其合理性原因的，这与其指标的离散性有着直接的关系。在未来的发展过程中，我们可以灵活运用轻型击实试验的形式指导现代水利工程细粒土碾压工作的开展，从而为提高水利工程施工工作的开展水平贡献一份力量。

四、结语

碾压细粒土被水浸泡时，土壤的压实试验，需根据细粒土的液体极限数据预估最佳含水量，来当作细粒土的压实试验含水量管理基础数据。如果超出合理功的压实功时，不易完成极好的压实成效。细粒土施工场内，压实试验将合理功，采用碾压设备的技术参考数据及作业碾压参考数据的方式实行合理分解，实行施工压实，从而获取更好的碾压密度。土壤的碾压密实度大于100时的状况也是合理具备的，压实度过百的根本原因是土壤的目标离散性。