机场土石方设计要求进行压实度、固体体积率检测,也是衡量土石方在施工过程中被压实的程度,用于评估土石方工程的质量。本章将论述压实度、固体体积率两者异同和适用范围,以飨读者。
(1)
Pc——最大干密度,?通过击实试验或振动台方法确定的最大干密度。?
其中:环刀法适用纯土情况,环刀的体积固定的,通过酒精燃烧法,以求得含水率,最终得到现场土的干密度。?
灌砂(灌水)法适合石料或者土石混合料,主要是因为现场挖的试坑不规则,用标准砂或者水来求得体积,通过酒精燃烧法,以求得含水率,最终得到现场土的干密度。?
压实度是评价土体压实效果的重要指标,?它直接影响到土体的强度、?稳定性和耐久性。?在机场工程中,?压实度的高低直接关系到道面的承载能力和使用寿命。?因此,?施工过程中需要对每一压实层进行压实度的检测,?以确保土基的施工质量。
至于环刀法、灌砂法、灌水法、击实试验具体方法将在下面章节介绍。?
要计算固体体积率,首先要求得混合料的综合毛体积密度,根据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)中比重试验——比重瓶法、浮称法、虹吸管法计算集料平均比重的公式计算综合毛体积密度GS:
(2)
P2——小于5mm土粒占总质量的百分数(%)。
(3)
Gs——开挖试坑填料的综合毛体积密度。
?固体体积率是评价混合料压实效果的重要指标,?它直接影响到土体的强度、?稳定性和耐久性。?在机场工程中,?固体体积率的高低直接关系到道面的承载能力和使用寿命。?因此,?施工过程中需要对每一压实层进行压实度的检测,?以确保土基的施工质量。
至于比重瓶法、浮称法、虹吸管法具体方法将在下面章节介绍。
?压实度和固体体积率之间的换算关系可以通过上述计算公式(1)、(3)来理解。固体体积率和压实度都是用来评估土基密实程度的指标,基于理论是太沙基固结理论,固体颗粒是不能被压缩的,沉降主要是空气压实(瞬时沉降)、土中水排出(固结沉降)、土颗粒调整(次固结沉降或者蠕变沉降)。因此土中固体颗粒越多,沉降越小。所以土基压实,尽可能使土中固体颗粒越多。
根据上述公式(1)、(3),固体体积率和压实度基于不同的分母,固体体积率分母是土的综合毛体积颗粒密度,而压实度为土料最大干密度,它们之间没有直接的换算关系。但是,可以通过已知其中一个值来估算另一个值,这取决于材料的特性和击实条件。例如,如果材料的颗粒密度是已知的,那么可以通过测量材料的干密度来计算固体体积率。同样,如果压实度是已知的,并且材料的最大干密度也是已知的,那么可以通过压实度的定义来计算材料的干密度,进而估算固体体积率。
土粒比重主要取决于土的矿物成分,不同土类的比重变化幅度并不大。一般土的比重见表1。

已知:土的现场干密度1.76g/cm3,最大干密度1.83g/cm3,最优含水率12.6%,根据公式(1)可知现场土的压实度为1.76/1.83=0.96。
根据勘察报告,或者查表1数据,现场土质为粉质黏土,颗粒密度为2.725,根据公式(2)可知现场土的固体体积率为1.76/2.725=0.65。
在工程实践中,固体体积率和压实度都是重要的参数。压实度用于评估土的密实程度;固体体积率用于评价粗粒土或者混合料的密实程度。土的粒组划分示意图1。

图1 土的粒组划分示意
根据图1可知,对于细粒土,即土粒径小于0.075mm,所谓粉粒和粘粒含量大于70%,属于纯土,通常采用击实试验,以求得最大干密度,从而得出土方施工现场压实度。它与含水率关系密切,也容易控制。
对于粗粒土或者巨粒土,即土的粒径大于0.075mm,一般采用固体体积率来评价土的压实程度。因为这类土没有粘粒,含水量与干密度关系不是抛物线,最大干密度与含水率没有关系,所以用固体体积率来评价。
如何提高粗粒土或者巨粒土干密度,或者固体体积率,其粗粒土或者巨粒土级配非常重要,通常要求不均匀系数Cu大于5,曲率系数1~3,才能达到密实要求。否则仅仅增加压实功能来提高密实程度是事倍功半的。
为什么目前机场的大型土石方工程大多采用强夯方法,最为重要的是强夯具有强大冲击能,使得巨粒土被击碎,改善了巨粒土级配,即使得巨粒土级配的不均匀系数大于5,尤其是坚石同样如此,所以得到良好的压实效果。
对于软岩,即岩石强度小于30MPa时,采用冲击压实也是非常有效,冲击压实相当于250~350KJ强夯,也能击碎软岩,改善土料级配,容易密实。但是对于坚石(强度大于30MPa)其冲击压实效果就差,就是因为冲击能量有限,不能冲碎坚石,不能改善级配,因此压实效果就差。
笔者根据多年实践经验,一般来讲对于土料拟采用碾压工法,压实效果好,压实质量采用压实度控制指标。对于软岩(强度小于30MPa)拟采用冲击压实工法,压实质量可采用压实度或者固体体积率控制。对于坚石(强度大于30MPa)拟采用大于1000KJ强夯工法,压实质量采用固体体积率控制。
为了确保工程质量、加快工程进度、提高经济效益。对于土方施工,应对土的含水率进行预控,使得含水率在最优含水率附近。对于石方或者土石混合料施工,应对其填料的级配进行预控,如爆破时,必须要求填料不均匀系数大于5,曲率系数1~3。
当然,由于填料复杂性,在开展大型土石方施工时,做好试验性施工也是非常重要的。