壓實(shí)填土最大干密度理論計(jì)算值與試驗(yàn)值的分析對(duì)比

肖軼業(yè)，劉 萌，孫大鵬 山東明嘉勘察測(cè)繪有限公司，山東 淄博 255086

壓實(shí)填土廣泛應(yīng)用于路基施工、輕型建筑物的地基施工過程中，具有成本低、易取材，施工簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。對(duì)填土質(zhì)量的控制是地基施工質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，規(guī)范規(guī)定采用壓實(shí)度作為填土壓實(shí)施工及驗(yàn)收質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)性質(zhì)不同的填土材料，檢測(cè)方法通常采用環(huán)刀法(測(cè)定細(xì)粒土)、灌砂法(測(cè)定粗粒土)等。由于不同填土材料、性質(zhì)不同的工程所要求的壓實(shí)效果各不同，故根據(jù)不同工程對(duì)壓實(shí)填土的設(shè)計(jì)及使用要求，預(yù)先設(shè)計(jì)壓實(shí)試驗(yàn)參數(shù)，作為施工過程中控制和驗(yàn)收壓實(shí)填土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)測(cè)壓實(shí)度即為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)土層的干密度與最大干密度的比值。在控制含水率接近最佳含水量的前提下，當(dāng)實(shí)測(cè)壓實(shí)度大于或等于標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度時(shí)，為壓實(shí)合格。

按照常規(guī)考慮，土層的檢測(cè)干密度一般都小于或等于其最大干密度，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)土層的實(shí)測(cè)干密度大于其最大干密度的情況，即壓實(shí)度大于1.0，出現(xiàn)這種問題究竟是檢測(cè)過程的誤差所致還是屬正常理論范疇。本文通過理論公式推導(dǎo)并結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)最大干密度進(jìn)行了分析，提出了一些自己的看法和理解。

1 由室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)求得的最大干密度

標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)根據(jù)單位體積擊實(shí)功不同分為輕型和重型兩種，《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999)規(guī)定，輕型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑小于5mm 的粘性土，重型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑不大于20mm 的土，三層擊實(shí)時(shí)，最大粒徑不大于40mm。輕型擊實(shí)試驗(yàn)的擊實(shí)筒容積為947cm3，擊錘的質(zhì)量為2.5kg，單位體積擊實(shí)功約592.2kJ/m3，落高為30.5cm;重型擊實(shí)試驗(yàn)的擊實(shí)筒容積為2104cm3，擊錘的質(zhì)量為4.5kg，單位體積擊實(shí)功約2684.9kJ/m3，落高為45.7cm，分五層擊實(shí)，每層錘擊56 下。公路規(guī)范求得某一土料的最大干密度常采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，具體做法如下:首先分別將土料調(diào)制成不同的含水率，然后分別對(duì)不同含水量的土料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)并求出其相應(yīng)的干密度，并繪制干密度和含水量關(guān)系曲線，分析得到土料的最大干密度ρdmax和最優(yōu)含水率Wop。

由土的擊實(shí)理論可知，土料的最大干密度，主要受擊實(shí)功的大小影響，且與土料的含水量、種類、顆粒級(jí)配、包含物成分及成因密切相關(guān)，最大干密度變化隨最佳含水量增大而逐漸減小，隨擊實(shí)功的增加而逐漸增大，但其增大或減小的幅度逐漸降低。

2 理論推導(dǎo)絕對(duì)最大干密度

假定某一土樣含水率為固定值，假定土粒體積Vs=1，孔隙體積Vv=e，則土體體積V=Vs+Vv=1 +e，土粒比重Gs，土樣含水率W(單位為%)，飽和度為Sr(單位為%)，根據(jù)理論公式，土體的絕對(duì)最大干密度為:

式中ρd-土體干密度，單位g/cm3;ρs-土粒干密度，單位g/cm3;ms-土粒質(zhì)量，單位g;V-土體總體積，單位cm3;Vv-孔隙體積，單位cm3;Vw-水的體積，單位cm3;ρW-水的密度，單位g/cm3;e-土體的孔隙比;

從上式可以看出，在土料一定下，當(dāng)土體飽和度Sr=100%時(shí)，即土體中空氣全部排出，孔隙為水所充滿時(shí)，土體的干密度得到絕對(duì)最大值，即下式:

若含水量采用百分?jǐn)?shù)表達(dá)，則為

從⑤或⑥式可看出，當(dāng)土料一定時(shí)，其顆粒Gs比重一定，水的密度ρw為定值，相應(yīng)于已知某一個(gè)含水量，就可以求得其對(duì)應(yīng)的絕對(duì)最大干密度。

3 理論推導(dǎo)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比

在實(shí)際工程中，常會(huì)遇到檢測(cè)的干密度值大于由擊實(shí)試驗(yàn)求得的最大干密度的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況是正常的。問題在于檢測(cè)值比試驗(yàn)值大多少為正常，通過理論計(jì)算的最大干密度可以進(jìn)行解釋?？傊诒ＷC土料質(zhì)量和含水率一定前提下，當(dāng)檢測(cè)的干密度值小于絕對(duì)最大干密度時(shí)，該檢測(cè)值及其對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度是正確的;反之，其檢測(cè)結(jié)果必定是錯(cuò)誤的。

現(xiàn)有一工程實(shí)例，擬建北京路昌國路南延工程，采用壓實(shí)填土地基，填土材料為粉質(zhì)粘土，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)求得的最大干密度ρdmax=1.88g/cm3，最優(yōu)含水量為Wop=13.8%，土粒比重Gs為2.71g/cm3。地基施工結(jié)束后采取6 組檢測(cè)數(shù)據(jù)，其中第2組和第4 組數(shù)據(jù)壓實(shí)度大于100%，現(xiàn)用絕對(duì)最大干密度進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與絕對(duì)最大干密度對(duì)比表

從中可以看出，2#和4#測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度超過100%，但其對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)干密度仍然小于絕對(duì)最大干密度，故土體仍有被壓實(shí)的空間，同時(shí)說明由室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)求得的最大干密度與施工結(jié)果相比偏小。

伴隨施工技術(shù)和機(jī)械化水平的不斷提高，對(duì)土體的壓實(shí)要求也越來越高，若仍單純以室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)來指導(dǎo)施工，恐怕難以適應(yīng)施工中的設(shè)備能級(jí)狀況和對(duì)壓實(shí)質(zhì)量的要求，因此，為更好評(píng)定路基填土質(zhì)量和指導(dǎo)路基填土的施工，最大干密度的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不能一成不變，它應(yīng)伴隨該時(shí)期的平均施工技術(shù)水平和機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)程度不斷調(diào)整;但應(yīng)說明一點(diǎn)的是，填土的最大干密度是有極限的，而不是可以無限增大的。

4 結(jié)論

不同材料所要求的壓實(shí)效果是不同的，可通過假設(shè)土體在質(zhì)量和含水量為固定值的前提下用理論公式求得其絕對(duì)最大干密度，作為檢測(cè)壓實(shí)結(jié)果的依據(jù)。

由標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)求的最大干密度，應(yīng)伴隨該時(shí)期的平均施工技術(shù)水平和機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)程度不斷調(diào)整，相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)隨著施工水平的不斷發(fā)展進(jìn)行修訂。

為使室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)能更好的指導(dǎo)施工，建議采用與施工設(shè)備相同的擊實(shí)功進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，這樣得到的最大干密度和最優(yōu)含水量能與施工數(shù)據(jù)更接近，對(duì)施工過程中的質(zhì)量和問題能更好的控制。

［1］《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》高大釗(中國建筑工業(yè)出版社).

［2］《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012).

［3］《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999).