第四节 土的压实性

在很多工程建设中会对人工填土及场地土进行处理，如地基、路基、土堤、土坝、飞机跑道、码头及开挖基坑后回填土等，特别在高土石坝中，填方量达数百万方甚至千万方以上，是质量要求很高的人工填土。未经处理的填土工程性质通常较差，不能满足工程要求，为了保证场地有足够的强度、较小的透水性和压缩性，施工时必须对填土采用夯打、振动或碾压等方法进行压实，以提高填土的密实度和均匀性。

一、击实试验

在实验室中，通常用土的击实试验来研究土的压实性。击实试验按击锤质量的不同分为轻型击实和重型击实。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的黏性土，重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。试验步骤详见附录。

对于同一种土，制备不少于5个不同含水率的土样，将土样分层装入击实仪中，用完全相同的方法分层击实。击实后，测出土样击实后的含水率ω和密度ρ，再用公式计算出干密度ρ_d。在直角坐标上以含水率ω为横坐标，干密度ρ_d为纵坐标，绘制击实曲线，即含水率—干密度曲线，如图1-10。当关系曲线不能绘出峰值点时，应进行补点，土样不宜重复使用。

二、填土的击实特性

（一）细粒土的压实性

1.最优含水率和最大干密度

分析击实曲线图1-9可知，当含水率较低时，干密度ρ_d随含水率ω的增加而增高，这表明击实效果在逐步提高；当含水率超过某一限值后，干密度随着含水率的增加而降低，这表明击实效果在逐步下降。

在击实曲线上，曲线峰值点相应的纵坐标为击实试样的最大干密度ρ_dmax，相应的横坐标为击实试样的最优含水率ω_op，它表示在这一含水率下，以这种压实功能，能够得到的最大干密度。这是因为若含水率小于最优含水率，土中水分少，颗粒间的水膜有较大的黏滞阻力，所以不容易夯实；当含水率远超过最优含水率时，击实效果反而下降，因为土中出现了自由水，在击实的短时间内，孔隙中的自由水无法立即排出，阻止土粒靠拢。所以，只有具有最优含水率的土，击实效果才达到最好。

土的最优含水率的大小随土的性质而异，试验表明，ω_op约在土的塑限ω_P附近。

图1-9 ρ_d—ω关系曲线

图1-10 不同压实功能的击实曲线

2.压实功能的影响

同一种土，用不同的击数击实，得到的击实曲线如图1-10所示。每层土的击实次数不同，即表示击实功能有差异。曲线表明，击实次数越多，压实功能越大，得到的最优含水率越小，相应的最大干密度越高。所以，对于同一种土，最优含水率和最大干密度并不是定值，而是随着压实功能而变化。曲线还表明，含水率超过最优含水率后，压实功能的影响随含水率的增加而逐渐减小。在同一含水率时，土的干密度随击实次数的增加而增大，但这种增加的效果有一定的限度。图中虚线为饱和曲线，即饱和度为100%时的含水率与干密度关系曲线。

某一击实次数下的最大干密度值，可以在其他含水率下用增加击实次数的方法得到，例如25次击数下的最大干密度值，可以在其他含水率下35次击数时得到。但试验研究发现，这两种土的密度虽然相同，但其强度与水稳性却不一样，对应于最优含水率和最大干密度的土，强度最高，且在浸水后的强度也最大（这叫水稳性好）。由于土坝、路堤等土工建筑物难免受水浸润，所以，在施工中需控制填土的含水率，使其等于或接近最优含水率是有其经济合理的现实意义的。

3.土粒级配的影响

土的级配对压实性有很大的影响。级配良好的土易于压实，压实性较好，均匀级配的土压实性较差。级配对砂土、砂砾石等粗粒土的压实性影响更加明显，只有级配良好的砂砾石才能获得较大的密实度。级配是填土工程土料选择的重要条件之一。

4.填土的含水率和压密标准的控制

填土选用的含水率应控制在最优含水率左右，即ω_op±（2%～3%）范围内。填料的含水率过高或过低都是不利的。由于室内试验与工地上大面积土方施工条件有很大的差距，直接用室内试验得出的最大干密度和最优含水率作为现场质量控制的标准是有困难的。目前，工程上大多采用压实度作为要求填土达到的压密标准。压实度的定义为

不同的设计规范对填土的压实度有不同的要求，如我国土石坝设计规范中规定，Ⅰ级、Ⅱ级土石坝，填土的压实度应达到0.95～0.98以上，Ⅲ～Ⅴ级土石坝，压实度应大于0.92～0.95，又如建筑地基中压实填土的压实度和含水率应符合表1-6的规定。

（二）粗粒土的压实性

砂、砾等粗粒土的压实性也与含水率有关，不过不存在最优含水率，一般在完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到较大的干密度。潮湿状态，由于毛细压力增加了粒间阻力，压实干密度显著降低。粗砂在含水率4%～5%，中砂在含水率7%左右时，压实干密度最小，所以，在压实砂、砾时要充分洒水使土料饱和，使其在较高含水率下压实。

对于大型和重要工程，由室内击实试验确定的填筑标准还应通过工地碾压试验进行校核，并确定最经济的碾压参数（如碾压机具重量、铺土厚度、碾压遍数和行车速率等），或根据工地条件对室内试验提供的填筑标准进行适当修正后，作为实际施工控制的填筑标准。