含石量與最大干密度關(guān)系的研究

司英鵬

（甘肅省遠(yuǎn)大路業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況及設(shè)計(jì)要求

目前，在我國的絕大多數(shù)高速公路的建設(shè)中，主要采用的筑路材料是結(jié)合料。由于結(jié)合料的種類較多，因此我國對(duì)公路基層的工程設(shè)計(jì)制定出了一定的標(biāo)準(zhǔn)。在相關(guān)的公路路面基層施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于基層、底基層的結(jié)合料有著嚴(yán)格的要求，即基層壓實(shí)度必須控制在98% 以上，并且底層的壓實(shí)度必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足工程的要求，才可以開始下一個(gè)環(huán)節(jié)。結(jié)合料是指將碎石、砂礫與膠凝材料組合在一起的混合物，由于這些材料的種類不同，在直徑、大小上會(huì)存在較大差異，而且組成它們的礦物也存在著區(qū)別。因此，在貯存、裝卸、稱量一系列過程中，結(jié)合料會(huì)出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，影響到工程的施工。所以，要使結(jié)合料均勻地組合在一起，就必須控制好壓實(shí)度。壓實(shí)度的控制與含石量、以及最大干密度都有關(guān)。在一些工程建設(shè)中，有關(guān)規(guī)定指出，壓實(shí)度是一個(gè)具體的數(shù)值，是在實(shí)測干密度與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得的最佳含水量所對(duì)應(yīng)的最大干密度一個(gè)值的比值。研究此課題，有利于探討出含石量與最大干密度之間的關(guān)系，確定好壓實(shí)度，防止出現(xiàn)壓實(shí)度存在不夠和超10%等等不好的現(xiàn)象。一旦沒有控制好壓實(shí)度，可能會(huì)造成停工處理、返工等負(fù)面影響。在滿足其它條件的情況下，粒徑在方孔篩4.75 以上的含石量能夠篩選出最大干密度。這個(gè)過程中含石量對(duì)壓實(shí)度起著決定性作用，所以，在保證足夠強(qiáng)度的前提下，通過不同含石量對(duì)應(yīng)的最大干密度來計(jì)算實(shí)際的壓實(shí)度，可以及時(shí)辨別出結(jié)合料壓實(shí)度不夠以及低于10%的情況，保證工程的施工質(zhì)量。

本文研究的工程實(shí)例是新疆阿喀高速公路。這條公路地處南疆，起點(diǎn)在新疆阿克蘇市，終點(diǎn)是喀什市。它是一條比較長的公路，路線全長428.49 公里，AK-3 標(biāo)段全長151.482 公里。對(duì)比中國的其它地區(qū)，新疆的地理特征十分明顯，使用的路基填料比較特別，采用的是戈壁灘上的天然砂礫料。這種材料有一定的優(yōu)勢，但也存在著相當(dāng)大的局限性。用這種材料可以保證填筑的穩(wěn)定性，它的粘合性強(qiáng)，易被壓實(shí)，是新疆地區(qū)一種很好的壓實(shí)材料。唯一不足的是，它的含石量、粒度、級(jí)配變化較大，與一般的路基填筑材料相差懸殊。交通部頒布《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》，規(guī)定施工單位必須特定的方法來得到標(biāo)準(zhǔn)干密度，這種材料如果按照交通部規(guī)定的方法來使用，將不能適用于土石混合料路基中。具體是因?yàn)?，在土石混合料中，直接影響其密?shí)度的因素是含石量。當(dāng)填充好土石混合料骨料間的空隙，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的標(biāo)準(zhǔn)干密度值就會(huì)不斷發(fā)生改變，這種干密度的改變受含石量的影響。尤其是在使用土石混合料的情況下，填料的含石量變化更為明顯，最終可以將土石混合料密度值變化用圖表表示出來，結(jié)果為離散型。如果將路基填筑現(xiàn)場壓實(shí)度按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中的標(biāo)準(zhǔn)干密度進(jìn)行控制，則會(huì)導(dǎo)致失誤，出現(xiàn)壓實(shí)度不合格或“超密”的現(xiàn)象。這樣，大大降低了路基的質(zhì)量，影響工程的安全性。為了使檢測出的壓實(shí)度接近實(shí)際值，可以利用土石混合料中的標(biāo)準(zhǔn)干密度和含石量的關(guān)系數(shù)據(jù)。這樣壓實(shí)度的控制才會(huì)更加合理、科學(xué)，滿足實(shí)際要求，路基的施工才能順利進(jìn)行。

2 試驗(yàn)分析

2.1 試樣的制備

為了使兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果更加明顯，增強(qiáng)對(duì)比。在進(jìn)行試驗(yàn)之前，一些大于40mm 的粗顆粒都被我們從實(shí)驗(yàn)中清除，而剩余土樣風(fēng)干后過5mm 篩分成兩堆，分別加入不同的含石量進(jìn)行摻配。然后將摻配好的樣品，按四分法準(zhǔn)備擊實(shí)試樣兩組。每組應(yīng)該分配5 個(gè)試樣，并且每個(gè)試樣的量要滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。接著分別在試樣中加入不同量的水分，按遞增的量加入，拌勻后悶料一夜備用；另外，要準(zhǔn)備2 組表面振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)試樣，同樣要對(duì)它們進(jìn)行分組取樣，每組3 個(gè)試驗(yàn)，每個(gè)試樣在10kg 左右。同理，要加入適量的水分。在攪拌勻后，悶料不少于半小時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)步驟

按照一般試驗(yàn)流程，擊實(shí)試驗(yàn)要先按三層裝入試樣，每層需試樣大約1700g，試驗(yàn)的量必須保持一致。接著將表面壓平實(shí)，然后按98擊/層進(jìn)行擊實(shí)。在擊實(shí)的時(shí)候，要特別注意，保持擊錘自由垂直，這樣才不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。錘跡均勻分布于土面，第一層擊實(shí)后，將試樣層面拉毛然后再裝入試樣，按照同樣的方式擊實(shí)其余的兩組。完成后，要削平試樣，清潔后進(jìn)行稱量。值得注意的是，表面振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)按三層填裝試樣，試樣的裝填量必須低于筒高，這樣才能保證測量的準(zhǔn)確性。裝好試樣后需要振動(dòng)6 分鐘。最后還需吸取試樣表面的水分，同樣對(duì)進(jìn)行第二層和第三層試樣振動(dòng)壓實(shí)。一切工作完成后，要使用游標(biāo)卡尺測量試樣表面與筒頂之間的距離，方便記錄數(shù)據(jù)。

2.3 試樣結(jié)果

從得到的數(shù)據(jù)來看，計(jì)算出不同含石量的最大干密度是一件非常簡單的事情，只需要通過理論公式進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)不同含石量的最大干密度，可以發(fā)現(xiàn)：在含石量相同的情況下，表面振動(dòng)壓實(shí)法得出的最大干密度大于重型擊實(shí)法。為了進(jìn)一步保證結(jié)果的可靠性，可以通過回歸方程再次檢驗(yàn)，直到結(jié)果貼近實(shí)際。

2.4 現(xiàn)場檢驗(yàn)

接著，將現(xiàn)場的壓實(shí)度與試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，取現(xiàn)場的一段路線，按要求攤鋪松鋪厚度，并且進(jìn)行一定程度的碾壓。在距離不遠(yuǎn)的位置，可以利用含石量—最大干密度標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系回歸方程以及常規(guī)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出的最大干密度，檢測出壓實(shí)度的大小。通過常規(guī)擊實(shí)試驗(yàn)，可以得出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)干密度，暫且將它設(shè)置為一個(gè)未知數(shù)ρ，然后分別對(duì)各個(gè)檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。整理與分析得到的數(shù)據(jù)，可以明顯觀察出，對(duì)于一些礫類土含量高的路基，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，最好采用常規(guī)的灌砂法來檢測壓實(shí)度。這種方式存在著一定缺陷，標(biāo)準(zhǔn)干密度與填料的真實(shí)性相差甚遠(yuǎn)，壓實(shí)度檢測值不能體現(xiàn)出土基真正的情況，評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)脫離實(shí)際。值得肯定的是，通過基于含石量—干密度曲線回歸方程，來確定檢測點(diǎn)的最大干密度，是最合理、科學(xué)的，它在在實(shí)際中的應(yīng)用最為廣泛。

2.5 結(jié)論

在處理土石混合料中的標(biāo)準(zhǔn)干密度與含石量的關(guān)系后，最大干密度就容易計(jì)算出了。同時(shí)，在現(xiàn)場對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行測量分析，以此分析論斷：由于使用礫類土填筑作為路基，并且按照常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)干密度進(jìn)行檢測，現(xiàn)場壓實(shí)度不能體現(xiàn)出實(shí)際情況。但是，通過含石量一干密度曲線回歸方程可以得出最大干密度，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。其方法不僅僅能用于路基填筑，還能適用于多種基層填筑。從而避免出現(xiàn)礫石含量變化造成的虛假“超密”狀況，還能揭露礫石含量變化引發(fā)的壓實(shí)度假合格本質(zhì)，本結(jié)論對(duì)相同類型的工程有著重要的借鑒意義，還能提高施工的質(zhì)量，如路面基層、臺(tái)背填砂礫等。

3 結(jié)語

（1）在確保結(jié)合料達(dá)到一定的強(qiáng)度，含石量在實(shí)際壓實(shí)度足夠狀況下，若壓實(shí)度低于10%，則會(huì)出現(xiàn)無法避免的負(fù)面情況。

（2）一定范圍內(nèi)的最大干密度是在工程實(shí)際施工中計(jì)算出來的，它與含石量有著密切的關(guān)系。為了能夠解決工程中的難題，我們需要花很多時(shí)間來研究，并把握好含石量與最大干密度的聯(lián)系。

（3）這項(xiàng)研究既可以應(yīng)用在結(jié)合料中，還可以在其他材料中被使用，比如較大顆粒的路基材料，如土石混填、碎石等等，實(shí)用性強(qiáng)。

［1］金文剛.無機(jī)結(jié)合料中含石量與最大干密度關(guān)系的研究與應(yīng)用[J].山西交通科技，2007（07）.

［2］閆秀萍.關(guān)于土石混合料填筑路基壓實(shí)檢測方法的探討[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（04）.

［3］王鵬，郭成超，王海濤.增大擊實(shí)功的路基壓實(shí)試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2007（02）.