擊實試驗中最大干密度和最優(yōu)含水率因素分析

□米建華（漯河市城市建設(shè)投資有限公司）

擊實試驗中最大干密度和最優(yōu)含水率因素分析

□米建華（漯河市城市建設(shè)投資有限公司）

擊實試驗是土工試驗項目中比較重要的一個試驗項目，也是比較繁瑣的一項試驗，室內(nèi)擊實試驗是模似工程現(xiàn)場夯實原理，利用標準化的擊實方法和操作規(guī)程，對土樣施加一定的沖擊荷載使之壓實，從而確定所需的最大干密度和最優(yōu)含水率，作為選擇填土密度、夯實次數(shù)等主要依據(jù)。在擊實過程中，影響土的最優(yōu)含水率和最大干密度因素較多，通過對這些影響因素的分析，提高土的擊實效果，達到擊實試驗的目標的。

擊實試驗；壓實；最大干密度；最優(yōu)含水率

隨著南水北調(diào)中線一期工程在我省的全面展開，土方填筑工程量日益增多，經(jīng)常遇到填土壓實的問題，為了有利于工程進度和質(zhì)量控制，求得土的最優(yōu)含水率和最大干密度，提高填土壓實強度，增加土的密實度，降低透水性和壓縮性。通常用壓實的辦法來處理地基，通過對土的最優(yōu)含水率和最大干密度的研究來提高土的壓實效果。室內(nèi)擊實試驗采用標準擊實法，用錘擊實土樣，使土密度增大，測定土樣在一定壓實功能作用下達到最大密實度時的含水率（最優(yōu)含水率）和此時的干密度（最大干密度），借以了解土的壓實特性，作為選擇填土密度、施工方法、機械碾壓或夯實次數(shù)以及壓實工具等的主要依據(jù)。

一、試驗方法

常用的室內(nèi)試驗有輕型和重型擊實試驗兩種方法，輕型擊實方法主要適用水庫、堤防、鐵路路基填土；重型擊實方法適用高等級公路填土和機場跑道。試驗規(guī)程有：中華人民共和國國家標準GB/T50123-1999《土工試驗方法標準》，中華人民共和國行業(yè)標準SL237-1999《土工試驗規(guī)程》，中華人民共和國行業(yè)標準JTGE40-2007《公路土工試驗方法標準》，國標和水利標準方法相同，《公路土工試驗方法標準》對擊實試驗的目標的、適用范圍、儀器設(shè)備以及試驗條件有不同的規(guī)定，南水北調(diào)中線一期工程中土方填筑采用SL237-1999輕型擊實試驗方法標準。

（一）儀器設(shè)備：

擊錘：質(zhì)量2.5kg，錘底直徑50mm，落高305mm；

擊實筒：直徑102mm；筒高116mm；體積947.4cm3；

天平：稱量 200g,；感量 0.01g；

臺秤：稱量10kg；感量5g；

篩：孔經(jīng)5mm

其它：烘箱、噴水設(shè)備、碾土器、推土器、修土刀。

（二）土樣制備

取有代表性的土樣重量不少于20kg，將土風干或烘干，用碾土器碾散，過5㎜篩拌勻備用，分別稱取土樣約2500g五份，按土的塑限估計最優(yōu)含水率，依次相差約2%，制備土樣一組。一個含水率接近最優(yōu)含水率，二個大于最優(yōu)含水率，二個小于最優(yōu)含水率。每個土樣分層加水拌均勻后放入塑料桶內(nèi)靜止一晝夜，低液限粘土不少于12h。

（三）操作步驟

1.分三層擊實，取制備好的土樣600～720g，分層裝入筒內(nèi)進行擊實，擊實后的每層試樣高度要大致相同，每層的交接面要刨毛。擊錘應垂直下落，均勻分布于土面上，現(xiàn)局各標段試驗室配置的擊實儀都是電動擊實儀，只需將定數(shù)器調(diào)到所需的擊數(shù)處，按動開關(guān)進行擊實。擊實成型后試樣的高度要控制小于6mm。

2.用修土刀沿套環(huán)內(nèi)壁削挖后，扭動取下套環(huán)，并修平筒兩端土樣，擦凈筒外壁，稱重，準確至1g。

3.測定含水率，用推土器推出筒內(nèi)試樣，在土樣中心處取兩個約30～40g的土樣，平行測定其含水率。

（四）數(shù)椐整理

計算擊實后各點干密度和含水率

ρd=ρ／1+0.01×ω

ρd—干密度,g/cm3；

ρ—濕密度,g/cm3；

ω—含水率，%。

繪制曲線以干密度為縱坐標，以含水率為橫坐標，繪制干密度與含水率關(guān)系曲線，曲線上峰值點的縱橫坐標，分別表示土的最大干密度和最優(yōu)含水率。

二、影響最大干密度和含水率的因素

（一）擊實功能的影響

土的最優(yōu)含水率和最大干密度與壓實功能和壓實方法有著密切關(guān)系，壓實功能越大，得到的最大干密度就越大，含水率就越小。這是土體在壓實能量作用下，土顆?？朔w粒間阻力，產(chǎn)生位移，土顆粒重新排列，使土中孔隙減小，密實度增大。室內(nèi)擊實試驗一般按工程實際情況分為輕型和重型擊實方法，輕型和重型區(qū)別在于單位體積擊實功能，輕型單位體積擊實功能為592.2KJ/m3；重型單位體積擊實功能為2684.9KJ/m3。輕型擊實主要適用于水庫和堤防工程，重型擊實適用于高等級公路和機場跑道。

（二）含水率對最大干密度的影響

由擊實曲線可以看出，當壓實功能不變時，則土的干密度隨著含水率增加而增大，當干密度達到最大值后含水率繼續(xù)增加反而使干密度減小，此一最大值稱為最大干密度，其對應的含水率稱為最優(yōu)含水率。室內(nèi)的擊實試驗，是在某一個含水率下，要求達到的最小孔隙比，最大密實度。含水率太大或太小都不能達到最大干密度和最優(yōu)含水率。土中含水率太小時，顆粒表面水膜薄，顆粒間摩阻力大，土顆粒間不易移動，不易壓實，當土中含水率逐漸增大時，顆粒表面水膜逐漸變厚，其水膜的潤滑作用也增大，因而顆粒表面阻力相應減小，在外力作用下，就易于壓實。但當含水率繼續(xù)增大超過最優(yōu)含水率后，土中空氣處于封閉狀態(tài)，不能排出。因此，繼續(xù)增加水量，只會增加土的孔隙體積，使干密度相應降低。試驗前要根據(jù)土壤實際情況估算最優(yōu)含水率，一般來說粘性土粘粒含量愈多塑性指數(shù)愈大，而砂性土壤的最優(yōu)含水率小于粘性土，最大干密度大于粘性土。

（三）土樣顆粒級配的影響

在一定擊實功能作用下，土的最優(yōu)含水率和最大干密度與土的性質(zhì)有關(guān)。在土的性質(zhì)中，土粒徑不同對土的壓實性質(zhì)會有不同的影響，我們知道土都是由大小不同的土粒組成的，即不同的土有不同的粒徑級配，隨著顆粒大小的不同，土的性質(zhì)相應地發(fā)生變化。如細顆粒粘土，透水性小，粘性和可塑性大，在一定的擊實功能下粘粒含量多，塑性指數(shù)愈大，土體越不易被擊實。而粉土粉粒含量大，粘粒和砂粒含量小，滲透性好，壓實性能也不好。而顆粒級配良好的土，粗細顆粒級配較好，有較好的壓實性。

（四）余土高度的影響

擊實后超過筒高的部分土柱稱余土高度。在實際操作中會存在過多或過少余土高度，擊實曲線是在某一個標準的單位擊實功能下最大干密度和最優(yōu)含水率關(guān)系曲線，如果余土高度（超高）等于零（理想狀態(tài)）擊實后的土樣體積剛好等于擊實筒容積，那么，擊實曲線就是一條等功能的擊實曲線，如果擊實后余土高度不等，干密度和含水率的關(guān)系曲線就不是一條等功能的擊實曲線。所以余土高度應該控制。表1是不同余土高度對干密度的影響：

表1 不同余土高度對干密度的影響

從表中可以看出，余土高度不超過6mm時，干密度（以余土高度為零時的干密度為基準）才能控制在允許誤差范圍內(nèi)，為了保證試驗精度，余土高度不得超過6mm。

（五）干法和濕法試驗

土樣的制備方法不同，所得擊實試驗結(jié)果也不相同，大量試驗證明：最大干密度以烘干土最大，風干土次之，天然土最小，最優(yōu)含水率也因此不同，烘干土最低。（如表2）粘土最為明顯，粘粒含量愈大，烘干對最大干密度影響也越大，主要是烘干影響了土膠粒性質(zhì)。在工地試驗室常以風干土方法，是將土樣風干六到七個小時后，當土樣含量水率低于最優(yōu)含水率時進行制備土樣，這樣做是為了節(jié)省試驗時間，提高工作效率。

表2 天然土、風干土、烘干土對比試驗成果

（六）土樣重復使用的

土樣重復使用時土中部分顆粒由于反復擊實改變了土粒結(jié)構(gòu)，土樣被擊實后很難恢復到原有的狀態(tài)，在一定的擊實功能下，對最大干密度影響較大，不重復使用的土樣，土樣所受擊實功能小，而兩者含水率影響較小。

三、結(jié)語

室內(nèi)擊實試驗方法的步驟較簡單，通過以上幾點主要影響因素的分析，我們知道在試驗過程中，對土的最優(yōu)含水率和最大干密度的影響因素很多，如壓實能量（擊實功）、土的含水率及土的粒徑級配因素，其中最重要的是受壓實能量（擊實功）的影響，在壓實能量（擊實功）不變的情況下，土的最大干密度主要是隨土體的單位體積變化而變化。試驗人員一定要嚴格按照試驗標準規(guī)范，控制好試驗條件，認真細心操作，降低各種因素的影響提高土的擊實效果。此外土的擊實試驗是近似模擬現(xiàn)場填筑情況一種半經(jīng)驗的試驗，它測定的最大干密度和最優(yōu)含水率只為工程設(shè)計提供初步標準，在南水北調(diào)中線一期工程中還要做碾壓試驗，根據(jù)工地現(xiàn)場實際條件確定碾壓機械、鋪土厚度、碾壓遍數(shù)，對室內(nèi)擊實試驗提供的數(shù)據(jù)進行適當調(diào)整，才能做為實際施工控制的填筑標準。

2011-08-12