□米建華（漯河市城市建設(shè)投資有限公司）

擊實(shí)試驗(yàn)中最大干密度和最優(yōu)含水率因素分析

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擊實(shí)試驗(yàn)是土工試驗(yàn)項(xiàng)目中比較重要的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，也是比較繁瑣的一項(xiàng)試驗(yàn)，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是模似工程現(xiàn)場夯實(shí)原理，利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實(shí)方法和操作規(guī)程，對土樣施加一定的沖擊荷載使之壓實(shí)，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(shí)次數(shù)等主要依據(jù)。在擊實(shí)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(shí)效果，達(dá)到擊實(shí)試驗(yàn)的目標(biāo)的。

擊實(shí)試驗(yàn)；壓實(shí)；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(shí)的問題，為了有利于工程進(jìn)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(shí)強(qiáng)度，增加土的密實(shí)度，降低透水性和壓縮性。通常用壓實(shí)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(shí)效果。室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法，用錘擊實(shí)土樣，使土密度增大，測定土樣在一定壓實(shí)功能作用下達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)的含水率（最優(yōu)含水率）和此時(shí)的干密度（最大干密度），借以了解土的壓實(shí)特性，作為選擇填土密度、施工方法、機(jī)械碾壓或夯實(shí)次數(shù)以及壓實(shí)工具等的主要依據(jù)。

一、試驗(yàn)方法

常用的室內(nèi)試驗(yàn)有輕型和重型擊實(shí)試驗(yàn)兩種方法，輕型擊實(shí)方法主要適用水庫、堤防、鐵路路基填土；重型擊實(shí)方法適用高等級公路填土和機(jī)場跑道。試驗(yàn)規(guī)程有：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL237-1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTGE40-2007《公路土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，國標(biāo)和水利標(biāo)準(zhǔn)方法相同，《公路土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對擊實(shí)試驗(yàn)的目標(biāo)的、適用范圍、儀器設(shè)備以及試驗(yàn)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(shí)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。

（一）儀器設(shè)備：

擊錘：質(zhì)量2.5kg，錘底直徑50mm，落高305mm；

擊實(shí)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(fēng)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(jì)最優(yōu)含水率，依次相差約2%，制備土樣一組。一個(gè)含水率接近最優(yōu)含水率，二個(gè)大于最優(yōu)含水率，二個(gè)小于最優(yōu)含水率。每個(gè)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(shí)，取制備好的土樣600～720g，分層裝入筒內(nèi)進(jìn)行擊實(shí)，擊實(shí)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(yīng)垂直下落，均勻分布于土面上，現(xiàn)局各標(biāo)段試驗(yàn)室配置的擊實(shí)儀都是電動擊實(shí)儀，只需將定數(shù)器調(diào)到所需的擊數(shù)處，按動開關(guān)進(jìn)行擊實(shí)。擊實(shí)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(zhǔn)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(gè)約30～40g的土樣，平行測定其含水率。

（四）數(shù)椐整理

計(jì)算擊實(shí)后各點(diǎn)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(biāo)，以含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率關(guān)系曲線，曲線上峰值點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)，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(shí)功能的影響

土的最優(yōu)含水率和最大干密度與壓實(shí)功能和壓實(shí)方法有著密切關(guān)系，壓實(shí)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(shí)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(shí)度增大。室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)一般按工程實(shí)際情況分為輕型和重型擊實(shí)方法，輕型和重型區(qū)別在于單位體積擊實(shí)功能，輕型單位體積擊實(shí)功能為592.2KJ/m3；重型單位體積擊實(shí)功能為2684.9KJ/m3。輕型擊實(shí)主要適用于水庫和堤防工程，重型擊實(shí)適用于高等級公路和機(jī)場跑道。

（二）含水率對最大干密度的影響

由擊實(shí)曲線可以看出，當(dāng)壓實(shí)功能不變時(shí)，則土的干密度隨著含水率增加而增大，當(dāng)干密度達(dá)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(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。室內(nèi)的擊實(shí)試驗(yàn)，是在某一個(gè)含水率下，要求達(dá)到的最小孔隙比，最大密實(shí)度。含水率太大或太小都不能達(dá)到最大干密度和最優(yōu)含水率。土中含水率太小時(shí)，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(shí)，當(dāng)土中含水率逐漸增大時(shí)，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(yīng)減小，在外力作用下，就易于壓實(shí)。但當(dāng)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(yīng)降低。試驗(yàn)前要根據(jù)土壤實(shí)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(shí)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(shí)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(yīng)地發(fā)生變化。如細(xì)顆粒粘土，透水性小，粘性和可塑性大，在一定的擊實(shí)功能下粘粒含量多，塑性指數(shù)愈大，土體越不易被擊實(shí)。而粉土粉粒含量大，粘粒和砂粒含量小，滲透性好，壓實(shí)性能也不好。而顆粒級配良好的土，粗細(xì)顆粒級配較好，有較好的壓實(shí)性。

（四）余土高度的影響

擊實(shí)后超過筒高的部分土柱稱余土高度。在實(shí)際操作中會存在過多或過少余土高度，擊實(shí)曲線是在某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單位擊實(shí)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(shí)后的土樣體積剛好等于擊實(shí)筒容積，那么，擊實(shí)曲線就是一條等功能的擊實(shí)曲線，如果擊實(shí)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(shí)曲線。所以余土高度應(yīng)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(shí)，干密度（以余土高度為零時(shí)的干密度為基準(zhǔn)）才能控制在允許誤差范圍內(nèi)，為了保證試驗(yàn)精度，余土高度不得超過6mm。

（五）干法和濕法試驗(yàn)

土樣的制備方法不同，所得擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果也不相同，大量試驗(yàn)證明：最大干密度以烘干土最大，風(fēng)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(yàn)室常以風(fēng)干土方法，是將土樣風(fēng)干六到七個(gè)小時(shí)后，當(dāng)土樣含量水率低于最優(yōu)含水率時(shí)進(jìn)行制備土樣，這樣做是為了節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，提高工作效率。

表2 天然土、風(fēng)干土、烘干土對比試驗(yàn)成果

（六）土樣重復(fù)使用的

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

三、結(jié)語

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)方法的步驟較簡單，通過以上幾點(diǎn)主要影響因素的分析，我們知道在試驗(yàn)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(shí)能量（擊實(shí)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(shí)能量（擊實(shí)功）的影響，在壓實(shí)能量（擊實(shí)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(yàn)人員一定要嚴(yán)格按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，控制好試驗(yàn)條件，認(rèn)真細(xì)心操作，降低各種因素的影響提高土的擊實(shí)效果。此外土的擊實(shí)試驗(yàn)是近似模擬現(xiàn)場填筑情況一種半經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)，它測定的最大干密度和最優(yōu)含水率只為工程設(shè)計(jì)提供初步標(biāo)準(zhǔn)，在南水北調(diào)中線一期工程中還要做碾壓試驗(yàn)，根據(jù)工地現(xiàn)場實(shí)際條件確定碾壓機(jī)械、鋪土厚度、碾壓遍數(shù)，對室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，才能做為實(shí)際施工控制的填筑標(biāo)準(zhǔn)。

2011-08-12