公路土工試驗擬定最佳含水量初探

包發(fā)林

摘 要：公路土工試驗是整個公路試驗中非常重要的一個部分，土工試驗能夠對公路工程的設計和施工起到非常重要的指導作用。作為指導和控制路基施工壓實質量標準的最佳干密度和最佳含水量，土工擊實試驗最佳含水量的擬定準確與否，直接關系到工程的質量。本文根據施工實踐，講述了土工試驗中含水量的相關問題。

關鍵詞：公路土工試驗 最佳含水量

引言：土石方填筑工程中，土石方填筑的密實程度，是一項重要的技術指標，而衡量該指標的標準數(shù)據—標準干密度及最優(yōu)含水量，則是由室內土工擊實試驗獲得。土的壓實程度與含水率、壓實功能和壓實方法有密切關系，當壓實功能和壓實方法不變時，土的干密度隨含水量而增加；當干密度達到某一最大值后，其含水量的繼續(xù)增加反而使干密度減少。這一最大值稱為最大干密度，相應的含水量稱為最優(yōu)含水量。

一、土的內在特性與最佳含水量

作為指導和控制路基施工壓實質量標準的最佳干密度和最佳含水量，土工擊實試驗最佳含水量的擬定準確與否，直接關系到工程的質量。曾有人以天然含水量作為擬定最佳含水量的參照依據，而天然含水量隨自然環(huán)境天氣的變化而不同，同一土質、同一取土場的土會因天然含水量的不同得出不一樣的、甚至相差甚遠的標準干密度和最佳含水量，是不準確的。各類土有其本質特性，標準干密度和最佳含水量應順應土的內在特性，才能真正做到標準，確保路基工程質量。文章在分析最佳含水量特點的基礎上，提出精確測定土的塑性指標和土粒比重，以土的塑限含水量和路基設計常規(guī)或施工時應達到的稠度為參照和判別，并以最佳最大干密度和土粒比重按飽和度公式驗算擊實曲線峰值點的飽和度，可優(yōu)化最佳含水量的擬定。

二、最佳含水量特點分析

1、最佳含水量的擬定

土工擊實試驗前，首先可從土的液塑限值及篩分試驗中估算最佳含水量和最大干密度。一般來說，土中含粉粒和黏粒愈多，塑性指數(shù)愈大，最優(yōu)含水量愈大。因此，一般砂性土壤的最優(yōu)含水量小于黏性土，最大干密度大于黏粒土。細粒土的最優(yōu)含水率一般在塑限附近，約為液限的0.55～0.65倍，而砂土的情況有些不同，視其含水狀態(tài)而定。此外輕型擊實試驗中，最優(yōu)含水量接近土的塑限；重型擊實試驗最優(yōu)含水量則小于土的塑限。確定材料的路基強度和穩(wěn)定性，與水含量和壓實度有關，公路建設實踐經驗表明，處于干燥或中濕狀態(tài)的路基，其強度和水穩(wěn)性得到了有效的保持。為了準確擬定最佳含水量，除了準確測定土的塑性指標外，土粒比重的準確測定，是又一個有效手段，它關系到土在壓實后飽和度是否合理的問題。

當所擬定的含水量使固定的擊實功能最大限度地使土顆粒擠緊并使土體飽和度達到100%，同時土顆粒間無自由水存在時峰值就會出現(xiàn)。這是我們理想中的土體最佳壓實狀態(tài)。然而，由于試驗操作人員對含水量預估的偏差、固定擊實功能的所限等諸多因素的影響，我們往往得到的最佳含水量和最大干密度狀態(tài)的土其飽和度只是一個近似值，約為90%左右。那么如何擬定符合要求，使土體出現(xiàn)“四最”的最佳含水量呢？由于擊實曲線峰值點的土體有此“四最”，其對應的含水量才被稱之為“最佳含水量”。同樣的土質、同樣的擊實功能，僅含水量不同，在峰值點的含水量的土體擁有“四最”，顯然水在其中起了至關重要的作用——對土的易壓縮性產生了“催化”作用。這時候的土顆粒被一層足夠厚的與土質本身特性有關的水膜包裹著，水膜使土顆粒間引力變小，水膜的潤滑作用使土粒在外部擊實功的作用下比較容易移動、擠緊，土的內摩阻力、粘聚力、抗變形能力、抗剪強度提高，從而使路基水穩(wěn)性和強度增強。

2、土工標準擊實試驗。

土是由固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)組成的三相體，即土由土顆粒、水、空氣三種相態(tài)組成。三相體的土在夯實作用下，其含水量幾乎不變，壓實過程實質是氣體排出、體積減小、飽和度增加的過程。當土的含水量過大時，外力不能直接作用于土粒，只能傳給土粒周圍的水分和被封閉的空氣，因此消耗再大的夯實功也很難改變土粒的原本狀態(tài)，致使不能有效地增大密實度；反之，土粒含水率過小，其粘聚性差，不能成型，亦不能增大密實度。一般情況下，土中氣體不可能全部排出，即飽和度很難達到100%。土工標準擊實試驗是在模擬現(xiàn)場施工機械和施工方法等條件下，找出填料的最大干密度和相應的最佳含水量，再結合現(xiàn)場填料實測干密度，從而得出填土層的壓實度（壓實度等于每層壓實后填料的實測干密度（P）與最大干密度（Pmax）的比值），以便用壓實指標控制現(xiàn)場施工。土工標準擊實試驗是道路基層施工中的重要參數(shù)，其試驗的試驗方法就是取5份或5份以上不同含水量的填料試樣，然后按規(guī)定的擊實功分別進行試筒內擊實。土的擊實過程，實際上是土顆粒和粒組在不排水條件下的重新組構過程。欲將土壓實，必須使其水分降低到飽和度以下。擊實試驗，就是用標準的擊實方法測定土的干密度與含水率的關系，從而確定土的最大干密度及最優(yōu)含水量。由于工程的具體要求不同，所用的填筑材料也不盡相同。因此，選用的擊實試驗方法也不同。

三、擊實試驗注意事項

1 、土的均勻性

取樣時樣品的均勻性不好控制，如果取樣不準，即使其他方面控制的多么準確，最終的擊實數(shù)據也是不可靠的。所以取樣一定要認真細致，確保試樣能夠代表母體。對于中粗粒土，必須嚴格用四分法將試樣縮分至需要的總數(shù)量，然后再分成5個試樣，每個試樣6kg左右。這5個試樣要代表原土樣的實際級配，不能因粗細顆粒離析而影響試樣的均勻性。否則，由此引起的試驗結果數(shù)據變異大，無規(guī)律，擊實曲線無峰值或呈波浪線等。

2、重型和輕型的選擇

輕型和重型的核心區(qū)別是輕型擊實的單位體積擊實功小，重型大約為輕型的4.5倍。因此，在相同含水量下，由于重型的單位體積擊實功大，對土體結構破壞力強，土體被壓得更密實，濕密度大，相應干密度也更大。由于曲線上5個試驗點存在同樣原因，重型試驗得出的最大干密度大于輕型。因此檢測單位接受委托時，應根據客戶意愿和現(xiàn)場土樣綜合確定采用何種擊實方法。土工壓實度報告在引用擊實報告干密度和最優(yōu)含水量數(shù)據時應注明擊實報告編號或明確何種擊實，以便于對結果的判讀與理解。

3、干法和濕法

《公路規(guī)范》條文說明中注明，大量試驗證明：干法和濕法求得的結果有很大差別，對于最大干密度，前者大后者小；對于最優(yōu)含水量，前者小后者大。既然兩者有很大差別，在擊實報告中應明確注明是干法還是濕法，以利于對報告的判讀和應用。對于高含水量的土采用濕法比較符合實際，如仍按干法做擊實試驗，無形中增加了對地基壓實難度，甚至根本達不到規(guī)范要求的壓實度。

結語

在固定擊實功能和相同土質的前提下，最佳含水量時的土體所含的水份是使土體獲得最佳壓實狀態(tài)的“催壓劑”。土體在該含水量下的壓實，呈現(xiàn)干密度最大；孔隙比最??；飽和需水量最??；含水量最趨近于土體在最大干密度下飽和時含水量的特點。精確測定土的塑性指標和土粒比重，針對路基常規(guī)設計要求的綜合了土的塑性特性的稠度值，采用塑限含水量作為擬定最佳含水量的參照依據，并以土粒比重和最大干密度按飽和度公式驗算，能夠優(yōu)化最佳含水量的擬定，獲得更為準確的最佳含量。

參考文獻：

[1] 水泥攪拌樁加固高速公路高含水量深厚軟基現(xiàn)場試驗研究. 高明生，唐彤芝，趙維，炳袁宏義. 江蘇省公路學會優(yōu)秀論文集（2006-2008）