論述壓實(shí)度與含水率的關(guān)系—對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的指導(dǎo)

孟穩(wěn)定 李潔 楊東妮婭

中建新疆建工（集團(tuán)）第五建筑工程有限公司 新疆 烏魯木齊 830058

一、概述:

土木工程中，土是指覆蓋在地面上的碎散的，沒(méi)有膠凝或膠凝很弱的顆粒堆積物，地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用而破碎后，生成不同形狀、大小不一的顆粒。這些顆粒受各種自然力的作用，在各種不同的環(huán)境下堆積下來(lái)，形成通常所說(shuō)的土，堆積下來(lái)的土，在很長(zhǎng)的地質(zhì)年代中發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，因此，土是自然界漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代內(nèi)所形成的性質(zhì)復(fù)雜、不均勻、各向異性且隨時(shí)間不斷變化的材料。自然界的土一般由固體顆粒、水和氣三種成分所構(gòu)成。

土中水除了一部分以結(jié)晶水的形式存在于固體顆粒的內(nèi)部外,可以分成結(jié)合水和自由水，受顆粒表面電場(chǎng)作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)的水，稱(chēng)為結(jié)合水；不受顆粒電場(chǎng)引力作用的水稱(chēng)為自由水。土中氣體按其所處的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為下幾種類(lèi)型:吸附于土顆粒表面的氣體，溶解于水中的氣體，四周為顆粒和水所封閉的氣體以及自由氣體，通常認(rèn)為自由氣體與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)無(wú)大影響，密閉氣體的體積與壓力有關(guān)，壓力增加，則體積縮小，壓力減小，則體積膨大。因此密閉氣體的存在增加了土的彈性，同時(shí)還可阻塞土中的滲流通道，減小土的滲透性，其它兩種氣體對(duì)土性質(zhì)影響尚未完全清楚。

二、壓實(shí)度檢測(cè)的理論依據(jù)：

壓實(shí)就是指土體在壓實(shí)能量作用下，土顆?？朔w粒間阻力，產(chǎn)生位移，使土中的孔隙減小，密度增加。

K:壓實(shí)度（%）；

三、壓實(shí)度檢測(cè)的方法：

施工過(guò)程中填料壓實(shí)度控制是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在，檢測(cè)壓實(shí)度的常用方法有：環(huán)刀法、灌砂法、蠟封法、灌水法、取芯法、核子濕密度儀法等，但無(wú)論用何種方法，其理論依據(jù)都大同小異，都是以壓實(shí)土的干密度（即檢測(cè)的干密度成果）與試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)所得的最大干密度的比值來(lái)確定壓實(shí)程度的，以百分率表示。

1. 灌砂法

灌砂法是利用均勻顆粒的砂去置換試洞的體積，它是當(dāng)前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定密度的主要方法。該方法適用于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定基層（或底基層）、砂石路面及路基土的各種材料壓實(shí)層的密度和壓實(shí)度檢測(cè)。但不適用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙的材料壓實(shí)層的壓實(shí)度檢測(cè)。它的缺點(diǎn)是：需要攜帶較多量的砂，而且稱(chēng)量次數(shù)較多，因此它的測(cè)試速度較慢。

2. 核子濕密度儀法

該方法適用于現(xiàn)場(chǎng)用核子密濕度儀以散射法或直接透射法測(cè)定路基或路面材料的密度和含水率，并計(jì)算施工壓實(shí)度。這類(lèi)儀器的特點(diǎn)是測(cè)量速度快，需要人員少。該類(lèi)方法可檢測(cè)土壤、碎石、土石混合物、瀝青混合料和非硬化水泥混凝土等材料，有些進(jìn)口儀器可貯存打印測(cè)試結(jié)果。它的缺點(diǎn)是，放射性物質(zhì)對(duì)人體有害，另外需要打洞的儀器，在打洞過(guò)程中使洞壁附近的結(jié)構(gòu)遭到破壞，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性，對(duì)于核子濕密度儀法，可作施工控制使用，但需與常規(guī)方法比較，以驗(yàn)證其可靠性。

3. 環(huán)刀法

環(huán)刀法是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)密度的傳統(tǒng)方法，國(guó)內(nèi)習(xí)慣采用的環(huán)刀容積通常為200 cm3，環(huán)刀高度通常約5cm。用環(huán)刀法測(cè)得的密度是環(huán)刀內(nèi)土樣所在深度范圍內(nèi)的平均密度。它不能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。由于碾壓土層的密度一般是從上到下減小的，若環(huán)刀取在碾壓層的上部，則得到的數(shù)值往往偏大，若環(huán)刀取的是碾壓層的底部，則所得的數(shù)值將明顯偏小，就檢查路基土和路面結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度而言，我們需要的是整個(gè)碾壓層的平均壓實(shí)度，而不是碾壓層中某一部分的壓實(shí)度，因此，在用環(huán)刀法測(cè)定土的密度時(shí)，應(yīng)使所得密度能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。然而，這在實(shí)際檢測(cè)中是比較困難的；只有使環(huán)刀所取的土恰好是碾壓層中間的土，環(huán)刀法所得的結(jié)果才可能與灌砂法的結(jié)果大致相同。另外，環(huán)刀法適用面較窄，對(duì)于含有粒料的穩(wěn)定土及松散性材料無(wú)法使用。環(huán)刀法雖然是規(guī)范允許使用的方法，但它也有自身的缺點(diǎn)，那就是試樣的質(zhì)量過(guò)小，使試驗(yàn)數(shù)值的精度和穩(wěn)定度受到一定的影響進(jìn)而使人們對(duì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的代表性表示憂慮。而灌砂法則因其數(shù)值的準(zhǔn)確性、操作過(guò)程的可控性和結(jié)果的可代表性而得到建設(shè)各方的廣泛認(rèn)可，成為目前建設(shè)工程中應(yīng)用最廣泛的壓實(shí)度檢測(cè)方法 。

四、壓實(shí)度的理論計(jì)算與分析

1.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析：

施工現(xiàn)場(chǎng)通長(zhǎng)采用灌砂法來(lái)檢測(cè)壓實(shí)度，以灌砂法為例來(lái)分析含水率與壓實(shí)度的關(guān)系（不考慮其它外界條件的影響）。

K: 壓實(shí)度（%） ；

其中為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)土的最大干密度，數(shù)值準(zhǔn)確，保持不變。

ω: 代表土樣的含水率；

m5：代表試洞內(nèi)的濕土質(zhì)量；

m4：代表試洞內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量；

rs：代表標(biāo)準(zhǔn)砂密度；取rs=1.37g/cm3；

2.下面以工程實(shí)際中所發(fā)生的具體數(shù)據(jù)為依據(jù)計(jì)算土的壓實(shí)度，該材料為級(jí)配良好的戈壁料，由實(shí)驗(yàn)擊實(shí)曲線得：最大干密度=2.35g/cm3，最佳含水率為；

根據(jù)以上數(shù)據(jù)所得：隨著含水率的增加，壓實(shí)度逐漸增加；

3.根據(jù)擊實(shí)曲線的理論分析：

⑴下圖為擊實(shí)曲線數(shù)據(jù)

第一份擊實(shí)曲線數(shù)據(jù)

第二份擊實(shí)曲線數(shù)據(jù)

第三份擊實(shí)曲線數(shù)據(jù)

⑵從上圖中可以看出：當(dāng)含水率為5%左右時(shí)，戈壁料的最大干密度為2.3g/cm3左右

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，含水率與土的干密度為曲線關(guān)系，設(shè)該曲線為開(kāi)口向下的拋物線，則該曲線可以用二次函數(shù)式表達(dá)為：

4.含水率與干密度的函數(shù)關(guān)系理論分析現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度；

⑶ 現(xiàn)場(chǎng)只考慮含水率對(duì)壓實(shí)度的影響，由于在工程應(yīng)用中，超過(guò)最佳含水率時(shí)的壓實(shí)度和不超過(guò)最佳含水率的壓實(shí)度效果大致相同，考慮到工程經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)只考慮含水率在零到最優(yōu)含水率之間的壓實(shí)度，即區(qū)間為ω=[0,5%]之間的壓實(shí)度；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)含水率達(dá)到最優(yōu)含水率時(shí)，，即壓實(shí)度K=100%;(考慮戈壁料的最優(yōu)含水率為ω=5%，最大干密度為=2.3g/cm3）；

5.以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況驗(yàn)證理論公式（戈壁料）：

壓實(shí)度的記錄表

⑴第一組數(shù)據(jù)驗(yàn)證：

①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得含水率為3.1%時(shí)，用灌砂法測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度為95.7%。

②理論計(jì)算壓實(shí)度為：

得出結(jié)論：理論值可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作；

⑵第二組數(shù)據(jù)驗(yàn)證：

①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得含水率為3.2%時(shí)，用灌砂法測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度為99.1%。

②理論計(jì)算壓實(shí)度為：

得出結(jié)論：理論數(shù)據(jù)依然可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作（理論值偏?。衾碚撝挡环显O(shè)計(jì)要求，可以重新壓實(shí)。若理論值符合設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值也符合設(shè)計(jì)要求；

⑶第三組數(shù)據(jù)驗(yàn)證：

①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得含水率為3.4%時(shí)，用灌砂法測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度為99.6%。

②理論計(jì)算壓實(shí)度為：

得出結(jié)論：同理理論值也可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作；

六、總結(jié)：

實(shí)際工程應(yīng)用中，壓實(shí)度是保證建筑地基基礎(chǔ)、公路、水壩等分部分項(xiàng)工程質(zhì)量合格的重要檢測(cè)依據(jù)，尤其在公路工程中，環(huán)境條件惡劣，水電供應(yīng)困難的路段。用假設(shè)對(duì)稱(chēng)的二次函數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)求得的最佳含水率與最大干密度的關(guān)系可以求出該函數(shù)的具體表達(dá)式，再根據(jù)壓實(shí)度的公式，（其中為已知數(shù)），根據(jù)設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度，即可求出含水率ω，依據(jù)含水率的計(jì)算公式，按照換填材料的質(zhì)量可以大致估算出需要水的質(zhì)量。這樣提前的估算可以加快工程進(jìn)度，保證土的含水率滿足壓實(shí)度的要求，保證質(zhì)量施工質(zhì)量，節(jié)約工程成本，在實(shí)際工程中，每當(dāng)材料發(fā)生變化時(shí)，只需在實(shí)驗(yàn)做擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，即可把控含水率的參數(shù)，能夠方便、經(jīng)濟(jì)、快捷的處理工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的問(wèn)題。