劉 洋
(大連理工現(xiàn)代工程檢測有限公司,遼寧大連 116024)
界限含水率試驗是土工試驗中應用最廣泛、最常見的試驗。土的液塑限指標是確定土的承載力、細粒土填料分組的重要指標。因此,正確確定土的液塑限指標對地層土分類定名具有重要意義。
某機場原址為養(yǎng)蝦池場地,對機場跑道地層土的分類定名是本文的主要內容。在機場試驗區(qū)段鉆取6孔,跑道中心線附近取6孔,鉆深10 m。本文以其中兩孔土樣為例。
粒徑大于0.075 mm的顆粒質量不超過總質量的50%,且塑性指數(shù)不大于10的土定名為粉土。塑性指數(shù)大于10的土應定名為粘性土。粘性土應根據(jù)塑性指數(shù)分為粉質粘土和粘土。塑性指數(shù)大于10,且不大于17的土,應定名為粉質粘土;塑性指數(shù)大于17的土應定名為粘土。塑性指數(shù)應由相應于76 g圓錐儀沉入土中深度為10 mm時的液限計算而得。
土的鑒定應在現(xiàn)場描述的基礎上,結合室內試驗的開土記錄和試驗結果綜合確定。粉土宜描述顏色、包含物、濕度、密實度等;粘性土宜描述顏色、狀態(tài)、包含物、土的結構等。
機場跑道目前基本上仍是養(yǎng)蝦池,地勢平坦,屬全新世后期淺海相沉積。根據(jù)12個孔的勘察取樣揭露,地層結構從養(yǎng)蝦池底3.00 m高程以下依次為:
①淤泥質粉質粘土(Qm4):灰色~灰黑色,飽和~過飽和、流塑狀態(tài),含有大量有機質,有腥臭味,污手現(xiàn)象較嚴重。②粉質粘土(Qm4):灰黑色,飽和,軟塑,局部呈可塑狀,切面稍有光澤,無搖振反應,韌性較高,含有貝殼碎屑,干強度中等,透水性低,2號,3號,6號孔缺失。層厚0.00 m ~1.00 m,層底標高 -1.29 m ~0.46 m。③粉土(Qm4):灰黑色,很濕,飽和,軟塑,切面稍有光澤,搖振反應迅速,韌性低,局部含有貝殼碎屑,干強度中等,層厚1.50 m ~4.00 m,層底標高 - 4.75 m ~ 0.20 m。④粉質粘土(Qm4):灰黑色,軟塑,切面稍有光澤,無搖振反應,韌性較高,干強度中等,層厚 0.50 m ~1.00 m,層底標高 -6.83 m ~ -1.95 m。⑤粘土(Qapl3):黃褐色,呈硬可塑狀,切面稍有光澤,韌性中等,干強度高,此層未揭穿。
采用烘干法檢測試樣的含水率,取其代表性試樣15 g~30 g放入稱量盒內,蓋上盒蓋,稱量。準確至0.01 g,打開盒蓋,將盒置于烘箱內,在100℃的恒溫下烘12 h,至試樣質量不變?yōu)橹?。將稱量盒從烘箱中取出,蓋上盒蓋,放入干燥器內冷卻至室溫,稱干土質量,準確至0.01 g。
其中,ω為含水率,%;m為濕土質量,g;md為干土質量,g。
采用篩分法檢測試樣的顆粒級配情況,按GB/T 50123-1999土工試驗方法標準表7.3.1規(guī)定,對每個試樣稱取300 g,置于盛水容器中充分攪拌,使試樣的粗細顆粒完全分離,將容器中的試樣懸液過0.075 mm篩,計算出粒徑大于0.075 mm顆粒質量占總質量的百分含量[2]。
采用液、塑限聯(lián)合測定法檢測試樣的液、塑限指數(shù),將風干土樣過0.5 mm篩后,噴灑配制一定含水率的土樣,然后裝入密閉玻璃廣口瓶內,潤濕一晝夜備用。將已制備好的土樣取出,放在搪瓷碗中加水或電吹風吹掉部分水分調勻后,密實地裝入試樣杯中,高出試樣杯口的余土,用刮土刀刮平,隨即將試樣杯放在GYS-2數(shù)顯式土壤液塑限聯(lián)合測定儀升降底座上(如圖1所示)。接通電源,按下“開關”按鈕,在76 g錐體上抹一薄層凡士林,按下復零按鈕,轉動升降座,待試樣杯上升到土面剛好與圓錐儀錐尖接觸時,“接觸指示”紅燈亮,按“測量”按鈕,圓錐儀自由下落,歷時5 s,立即從讀數(shù)屏幕上讀出圓錐儀下沉深度h1。把升降座降下,細心取出試樣杯,剔除錐尖處含有凡士林的土,取出錐體附近的試樣不少于10 g放入稱量鋁盒內,稱量得質量m1,并記下盒號,測定含水率。重復以上步驟,測試另兩個含水率土樣的圓錐入土深度h2,h3和含水率m2,m3。以含水率為橫坐標,圓錐入土深度為縱坐標,在雙對數(shù)坐標紙上繪制關系曲線,三點應在一直線上,如圖2所示中A線。當三點不在一直線上時,通過高含水率的點和其余兩點連成兩條直線,在下沉為2 mm處查得相應的兩個含水率,當兩個含水率的差值小于2%時,應以兩點含水率的平均值與高含水率的點連一直線,如圖2所示中B線,當兩個含水率的差值不小于2%時,應重做試驗。在含水率與圓錐下沉深度的關系圖上查得下沉深度為17 mm所對應的含水率為液限,查得下沉深度為10 mm所對應的含水率為10 mm液限(用此液限值計算的塑性指數(shù)來定名土的類別),查得下沉深度為2 mm所對應的含水率為塑限,取值以百分數(shù)表示,準確至0.1%。
圖1 液、塑限聯(lián)合測定儀
塑性指數(shù)應按下式計算:
其中,Ip為塑性指數(shù);wL為液限,%;wp為塑限,%。
液性指數(shù)應按下式計算:
其中,IL為液性指數(shù),計算至0.01;w為天然含水率。
圖2 錐入深度與含水率關系曲線
結合篩分試驗和液、塑限聯(lián)合試驗,1號,2號孔液、塑限錐入深度與含水率關系曲線圖如圖3,圖4所示。結合土工試驗和地勘地質描述,各孔地層結構如下:
1號孔自上而下依次為:粉質粘土,層底標高 -0.45 m~0.05 m;粉土,層底標高 -1.95 m ~ -0.45 m;粉質粘土,層底標高-3.95 m~-1.95 m;粘土,此層未揭穿。2號孔自上而下依次為:粉土,層底標高 -3.80 m ~0.20 m;粉質粘土,層底標高-4.30 m ~ -3.80 m;粘土,此層未揭穿。
圖3 1號孔圓錐下沉深度與含水率關系曲線
圖4 2號孔圓錐下沉深度與含水率關系曲線
粉土具有易液化的特性,在動荷載作用下容易產(chǎn)生液化。為了確保某機場土層是否含有粉土,采用界限含水率和顆粒分析法進行試驗,對某機場土層進行分類定名。對存在粉土和粉質粘土等易液化土層需要進行處理。
[1]GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范(2009版)[S].
[2]GB/T 50123-1999,土工試驗方法標準[S].