土工擊實(shí)試驗(yàn)方法中幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題分析

康 紅

(新疆道路橋梁工程總公司第一工程處)

0 引言

壓實(shí)度是控制公路工程質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，其值受衡量壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)密度的尺度因素影響，而做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)即為了獲取填筑土體的最大干密度和相應(yīng)的最佳含水率，是在模擬現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械和方法的條件下找出最大干密度和含水率，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)填料實(shí)測(cè)干密度得出填土層的壓實(shí)度便于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，試驗(yàn)方法是取多份不同含水量的填料按照規(guī)定的擊實(shí)功進(jìn)行筒內(nèi)擊實(shí)，之后稱(chēng)重并測(cè)定含水率，以得出不同的干密度，由于該試驗(yàn)的影響因素較大，認(rèn)為主觀隨意性易導(dǎo)致試驗(yàn)值與真實(shí)值偏離甚至發(fā)生質(zhì)量事故，因此分析解決檢測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題利于保證檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性，并利于保證施工質(zhì)量。

1 土工擊實(shí)試驗(yàn)中常見(jiàn)問(wèn)題分析

1.1 檢測(cè)方法

室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的制樣方法包括干法和濕法兩種，干法是將試樣風(fēng)干或低溫烘干，之后碾碎過(guò)篩，濕法則是將天然含水率的試樣碾碎過(guò)篩，高含水率土可省略過(guò)篩步驟)。試驗(yàn)顯示對(duì)于高含水率土體而言干法求得的最大干密度較濕法求得的最大干密度大，而最佳含水率則較小，形成原因主要是含水率高時(shí)要將大部分土團(tuán)原結(jié)構(gòu)破壞重新排列幾乎不可能，而實(shí)際施工中的粉碎程度也很難達(dá)到風(fēng)干或低溫烘干過(guò)篩的程度，因此將導(dǎo)致最大干密度大，最佳含水率小;而對(duì)于非高含水率的土體而言，因其相對(duì)易粉碎，因此兩種檢測(cè)方法結(jié)果差別并不明顯。因此對(duì)于高含水量的土體則適于濕法試驗(yàn)，若采用干法則無(wú)形中會(huì)提高對(duì)土基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而在實(shí)際施工中則往往很難達(dá)到，最終必然導(dǎo)致檢測(cè)不合格的假象，并會(huì)增加施工成本。

1.2 土樣制備方法

土樣制備方法不同將導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不同，因烘干土樣的最大干密度值最大，風(fēng)干土樣次之，天然土樣最小，而最佳含水率則烘干土樣最小，且烘干土對(duì)最大干密度的影響最大，由于在制備過(guò)程中土料事先烘干導(dǎo)致其散失基本的含水率而導(dǎo)致土體顆粒間封閉氣泡隨水分散失而消失，雖在擊實(shí)土料制作時(shí)添加水份但在短時(shí)間形成的封閉氣泡畢竟有限，而土體顆粒為承擔(dān)擊實(shí)功能的主體并導(dǎo)致土體發(fā)生永久性體積變化，最終得到較高的干密度;同時(shí)烘干過(guò)程中的粉碎過(guò)篩處理將得到足夠的細(xì)顆粒來(lái)填充粗顆粒間的孔隙而獲得較高密實(shí)度。而濕法制料雖土料含有一定的水分，且在試驗(yàn)前經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋窕蝻L(fēng)干處理，但其最終土樣內(nèi)保留了一定的含水率，因此土體內(nèi)封閉氣泡絕大部分得以保存，導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程中很大一部分擊實(shí)功由孔隙氣承擔(dān)而轉(zhuǎn)化為孔隙壓力，而擊實(shí)時(shí)氣泡體積減小也是短暫的，且在土體擊實(shí)后的回彈量較大導(dǎo)致永久性變形較小，同時(shí)濕法制料過(guò)程中不易進(jìn)行粉碎過(guò)篩處理，導(dǎo)致土體顆粒相對(duì)較大而不能填充大顆粒間孔隙，因此應(yīng)盡量采用風(fēng)干土樣或天然土樣。

1.3 土樣重復(fù)使用

擊實(shí)試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)將土樣內(nèi)的部分顆粒破壞，從而改變土體的級(jí)配及結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粒徑變細(xì)、比表面積增大;而擊實(shí)試驗(yàn)后土樣難分散更不利于被水浸透，擊實(shí)能量越大其干密度差別也越大，其恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)更為困難，因此將影響試驗(yàn)精度，所以一般情況下土樣不宜重復(fù)使用，而應(yīng)采用新土進(jìn)行試驗(yàn)。但如不重復(fù)使用土樣將導(dǎo)致土樣的運(yùn)輸和式樣工作量增加近5倍，因此規(guī)定除易擊碎的土樣外土樣可重復(fù)使用。

1.4 擊實(shí)筒內(nèi)余土高度

余土高度指擊實(shí)試驗(yàn)完成后超過(guò)擊實(shí)筒上沿的部分土柱高度，而標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)曲線是指在余土高度為零時(shí)單位體積擊實(shí)功下干密度和含水率的等功能曲線，但由于人為操作因素必將留有不同程度的余土，而余土存在勢(shì)必影響試驗(yàn)結(jié)果，且隨著余土高度增加試樣的單位體積相對(duì)增大，所受的單位體積擊實(shí)功相應(yīng)減小，此時(shí)曲線上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不是等功下的干密度而導(dǎo)致結(jié)果增大，并會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散，大量試驗(yàn)結(jié)果表明余土高度不超過(guò)6 mm時(shí)最終檢測(cè)值方控制在允許誤差內(nèi)，同時(shí)由于施工現(xiàn)場(chǎng)情況較為復(fù)雜，填料多采用雜填土，導(dǎo)致填料性質(zhì)差距很大，因此在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)隨時(shí)做好監(jiān)控，便于隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)土體的實(shí)際變化，及時(shí)進(jìn)行新的擊實(shí)試驗(yàn)，并調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以滿足需要。

1.5 土體含水率的影響

土體含水率是影響土體壓實(shí)效果的最為重要的因素，含水率過(guò)大或過(guò)小都不能使土體達(dá)到最為緊密狀態(tài)，當(dāng)土體內(nèi)含水率較小則土粒表面的結(jié)合水膜較薄，而強(qiáng)結(jié)合水更少，土體顆粒間主要通過(guò)引力結(jié)合，因此其相對(duì)錯(cuò)動(dòng)較為困難，并趨向于任意排列，因此其不易密實(shí)最終導(dǎo)致干密度值偏低，含水率增加則其結(jié)合水膜增厚，土體顆粒間排斥力增大，顆粒間存在的弱結(jié)合水膜將起到一定的潤(rùn)滑作用，易導(dǎo)致顆粒錯(cuò)動(dòng)，顆粒將定向排列增多，其干密度也隨之增大，而當(dāng)含水率超過(guò)某限值則土體顆粒間引力仍減小，但顆粒間結(jié)合水膜承擔(dān)了部分擊實(shí)功，顆粒間的有效應(yīng)力則減小，導(dǎo)致土體不易壓實(shí)，隨含水率繼續(xù)增加只能導(dǎo)致密度降低。

1.6 擊實(shí)功的影響

一般而言擊實(shí)功越大則土體的孔隙比越小、干密度越大，最佳含水率越小，但超過(guò)某限度后即使擊實(shí)功增加，其最大干密度再增加效果也不明顯，因此若要使土體干密度達(dá)到最大則應(yīng)盡可能減小其孔隙比，由于最大干密度是將土體內(nèi)所有氣體全部排放，該時(shí)段內(nèi)土體處于飽和狀態(tài)，孔隙比最小，而在擊實(shí)過(guò)程中由于土體顆粒處于疏松狀態(tài)，該時(shí)段內(nèi)土內(nèi)孔隙多與外界大氣聯(lián)通，因此氣體易被擠出，土體易于擊實(shí)，密度增大范圍也較大，當(dāng)含水率增大或接近最佳含水率時(shí)，土內(nèi)孔隙中的氣體幾乎處于同大氣隔絕的封閉狀態(tài)，該種情況下即使擊實(shí)也難以將氣體排出，因此即使擊實(shí)也不能使其達(dá)到完全飽和狀態(tài)。

1.7 壓實(shí)系數(shù)大于1的原因

施工中會(huì)遇到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的干密度大于室內(nèi)擊實(shí)的最大干密度，導(dǎo)致該現(xiàn)象主要是由于規(guī)范要求試驗(yàn)時(shí)需將超顆粒去除，因而導(dǎo)致試驗(yàn)用料超尺寸顆粒含量小于現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)用料，因此規(guī)范規(guī)定當(dāng)超粒徑顆粒超出規(guī)定范圍時(shí)則應(yīng)對(duì)最大干密度和最佳含水率進(jìn)行修正，但修正后的最大干密度變大，最佳含水率變小，施工人員若未對(duì)該值進(jìn)行修正則易導(dǎo)致上述現(xiàn)象;試驗(yàn)規(guī)定在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)中所得到的最大干密度為相對(duì)值，其是在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功下的最大干密度，且擊實(shí)功也是一定時(shí)期內(nèi)經(jīng)驗(yàn)積累值，而隨著大量重型機(jī)械的利用在單位面積上的碾壓能量往往大于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功，因此也導(dǎo)致上述現(xiàn)象的發(fā)生，因此對(duì)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)進(jìn)行修正。

1.8 最大干密度和最佳含水率的求取

最大干密度。在進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)擊實(shí)功瞬時(shí)作用于土體，而土體的含水率基本不變，在擊實(shí)功的作用下在一定范圍內(nèi)增加含水率，導(dǎo)致土體的干密度增大，但當(dāng)含水率增大到一定程度則土體的干密度將變小，因此在一定擊實(shí)功的作用下含水率與干密度的關(guān)系曲線的峰值即為土體干密度的最大點(diǎn)，該點(diǎn)的干密度即為土樣的最大干密度，相應(yīng)含水率即為最佳含水率，因此試驗(yàn)中準(zhǔn)確的測(cè)定該點(diǎn)為試驗(yàn)關(guān)鍵所在。

含水率。在試驗(yàn)前應(yīng)先從土的液塑限值及篩分試驗(yàn)中估算最佳含水率和最大干密度，若土體內(nèi)粉粒和粘粒越多則塑性指數(shù)越高，最佳含水率越大，因此一般砂性土體的最佳含水率較粘性土小，而最大干密度則較粘性土大，同時(shí)在輕型擊實(shí)試驗(yàn)中最佳含水率接近土體的塑限，而重型擊實(shí)試驗(yàn)則最佳含水率稍小于土體的塑限。

2 結(jié)語(yǔ)

土工試驗(yàn)中室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是非常重要的試驗(yàn)，其必須提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，因其所測(cè)得的最大干密度的準(zhǔn)確性和真實(shí)性直接關(guān)系到工程的質(zhì)量和成本，最大干密度小則會(huì)影響施工質(zhì)量，該值大則會(huì)增加施工成本，因此在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作，才能保證檢測(cè)質(zhì)量，最終確保工程施工質(zhì)量。

［1］ 馮忠居，張永清.粗粒土路基的壓實(shí)試驗(yàn)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，(5).

［2］ 路橋集團(tuán)第二公路工程局.公路施工手冊(cè)路基［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］ 張志權(quán).提高擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的探討［J］.巖土工程界，2004，(5).

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