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        粗顆粒土混合料最大干密度及壓實(shí)度試驗(yàn)研究

        2012-07-26 08:05:50杜可耕李安珍
        鐵道建筑 2012年11期
        關(guān)鍵詞:儀法振動(dòng)臺(tái)壓實(shí)

        杜可耕,李安珍

        (中交一公局海威工程建設(shè)有限公司,北京 101119)

        目前高速鐵路客運(yùn)專線施工中,路基的剛度及穩(wěn)定性是影響行車安全和舒適性的一個(gè)重要因素。粗粒土是指砂礫石、砂卵石、石渣、爆破開采的石料等粗顆粒土石混合料,粗顆粒間黏結(jié)力小、透水性強(qiáng),具有良好的工程使用性能,因此粗顆粒土混合料在高速鐵路路堤填筑中得到廣泛的應(yīng)用。

        1 試驗(yàn)方法

        首先對(duì)現(xiàn)場的粗顆粒土混合料進(jìn)行土粒分析,然后按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2007)中的振動(dòng)方法(表面振動(dòng)儀法與振動(dòng)臺(tái)法)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)儀器如圖1所示。

        圖1 試驗(yàn)儀器

        試驗(yàn)過程為:

        1)按濕法試驗(yàn)時(shí),可對(duì)烘干試料加足量水,或用現(xiàn)場濕土料進(jìn)行。拌勻試料(使顆粒級(jí)配及含水均勻),然后大致分成3份。如果向干料中加水,則最小飽和時(shí)間需1/2 h。加水宜加到足夠份量,即在拌合盤中無自由水滯積,且在振密過程中基本保持飽和狀態(tài)。

        對(duì)于烘干試料中的加水量,可嘗試每4.5 kg試料約加1 000 ml的水量,亦或按下式估算

        式中,Mw為加水量,g;ρd為由起初振密結(jié)果所估算的干密度,kg/m3;Ms為試樣質(zhì)量,g;ρw為水的密度,取1 000 kg/m3;Gs為土粒相對(duì)密度。

        2)將試筒固定于底板上,用小鏟或大勺將任一份濕料徐徐填入試筒(裝填量宜使振畢試樣等于或略低于筒高的1/3)。

        3)放下振動(dòng)器,表面振動(dòng)儀振動(dòng)6 min,振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)8 min。吊起振動(dòng)器,吸去試樣表面自由水。

        4)重復(fù) 2)和3)進(jìn)行第二層、第三層試樣振動(dòng)壓實(shí)。

        5)卸去套筒測(cè)定振畢試樣高度,讀數(shù)宜從4個(gè)不同點(diǎn)位讀取,并精確至0.5 mm,取4次讀數(shù)平均值作為試樣高度H0。

        6)測(cè)定試樣含水率,計(jì)算最大干密度ρdmax。

        7)重復(fù)1)至6),直至獲得一致的最大干密度。但須制備足夠的代表性試樣,不得重復(fù)振動(dòng)壓實(shí)同一個(gè)試樣。

        2 最大干密度試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 土粒級(jí)配分析

        對(duì)不同的粗顆粒土混合料采用篩分法進(jìn)行分析,結(jié)果如圖2所示。不同土樣級(jí)配系數(shù)如表1所示。

        圖2 不同土樣的級(jí)配曲線

        表1 不同土樣級(jí)配系數(shù)

        由表1可以看出,七類土中試樣2#,4#,6#的級(jí)配組成較差,土樣6#為卵石土,其他土樣為碎石土。參考規(guī)范[1-3]并結(jié)合工程實(shí)際,本文規(guī)定:<5 mm的顆粒稱為細(xì)顆粒,>5 mm的顆粒稱為粗顆粒[4-6]。

        2.2 表面振動(dòng)儀法、振動(dòng)臺(tái)法試驗(yàn)結(jié)果與分析

        表面振動(dòng)儀法和振動(dòng)臺(tái)法測(cè)得的最大干密度見圖3。

        在通常情況下,粗顆粒土混合料結(jié)構(gòu)中粗顆粒通過土粘結(jié)在一起,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在很大程度上取決于石質(zhì)骨架的強(qiáng)度組成因素,即混合料內(nèi)摩阻力大小,而該摩阻力又取決于顆粒形狀及其表面特性等。6#土樣為表面光滑的鵝卵石,其形狀多為圓形,振動(dòng)時(shí)其表面的摩阻力較小,能夠更充分地被振動(dòng)密實(shí),所以其干密度值較其它幾類土大。其余幾組為碎石,因此相對(duì)于卵石其最大干密度較小。

        另外級(jí)配相近的土樣4#,5#,7#最大干密度極為相近,這說明級(jí)配的組成對(duì)粗顆粒土混合料最大干密度的影響極大。1#,2#,3#,6#四種土樣最大干密度值相差較大,是由于土料的質(zhì)地有著根本性差異和級(jí)配組成相差較大所致,級(jí)配良好土組的最大干密度整體上大于級(jí)配不良土組的。

        同時(shí)也可以看出,針對(duì)同一種土加水后濕土法測(cè)得的最大干密度明顯要大于干土法所測(cè)的最大干密度。這是由于水的介入起到了一定潤滑,使得土粒之間的摩阻力減小,定向運(yùn)動(dòng)更為容易,因而使得粗顆粒土混合料振動(dòng)得更加密實(shí)。另外水的介入也起到了一定的填充作用,粗顆粒土中的孔隙得到了充分的填充從而更加密實(shí),所以濕土法測(cè)得的最大干密度明顯大于干土法。

        由圖4可見,同一種粗顆粒土混合料在相同的條件下,表面振動(dòng)儀法的壓實(shí)效果要優(yōu)于振動(dòng)臺(tái)法。這說明表面振動(dòng)儀法要略微優(yōu)于振動(dòng)臺(tái)法,即表面振動(dòng)(振動(dòng)自上而下傳遞)要優(yōu)于底部振動(dòng)(振動(dòng)自下而上傳遞)。另外,表面振動(dòng)儀法更加便于操作,并且振動(dòng)機(jī)理與現(xiàn)場壓實(shí)較為相似,因此做粗顆粒土混合料最大干密度振動(dòng)試驗(yàn)時(shí),本文推薦使用表面振動(dòng)儀法。圖4中干土法與濕土法的試驗(yàn)結(jié)果表明,在干土條件下表面振動(dòng)儀法振實(shí)效果更優(yōu),這也表明在沒有水膜潤滑的狀態(tài)下振動(dòng)臺(tái)法所提供的振搗力不能對(duì)干土提供較好的振密作用。

        3 粗顆粒土混合料路基壓實(shí)度確定與分析

        圖4 兩種振動(dòng)方法結(jié)果對(duì)比

        下面將現(xiàn)場所測(cè)最大干密度與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所測(cè)最大干密度進(jìn)行對(duì)比,以分析粗顆粒土混合料路基的壓實(shí)度。為了使壓實(shí)度值更有說服力,從京石客專正定段施工路基選取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土粒分析及密度試驗(yàn)(篩分結(jié)果見圖5),然后采用與現(xiàn)場10個(gè)土樣相同的級(jí)配,配制試樣,進(jìn)行室內(nèi)表面振動(dòng)法最大干密度試驗(yàn)?,F(xiàn)場與室內(nèi)試驗(yàn)所得粗顆粒土混合料最大干密度結(jié)果對(duì)比如表2。

        圖5 現(xiàn)場所取10個(gè)點(diǎn)的級(jí)配曲線

        表2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

        由表2可見,路基壓實(shí)度都在95%以上,1點(diǎn)室內(nèi)試驗(yàn)之所以小于現(xiàn)場所得,經(jīng)分析是由于現(xiàn)場與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)級(jí)配不一致或者現(xiàn)場振動(dòng)能量大于實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)能量所致。由此可見,采用表面振動(dòng)法測(cè)試所得最大干密度可有效地用于高速鐵路路基壓實(shí)度的評(píng)價(jià)。此方法為一種較為理想的確定粗顆粒土混合料最大干密度的方法。

        4 結(jié)論

        通過室內(nèi)兩種方法試驗(yàn)與現(xiàn)場測(cè)試,可得以下主要結(jié)論:

        1)級(jí)配良好土組的最大干密度整體上大于級(jí)配不良土組的;同一種土濕土法測(cè)得的最大干密度明顯大于干土法。

        2)表面振動(dòng)儀法的壓實(shí)效果要優(yōu)于振動(dòng)臺(tái)法,做粗顆粒土混合料最大干密度振動(dòng)試驗(yàn)時(shí),本文推薦使用表面振動(dòng)儀法。

        3)表面振動(dòng)法提供的最大干密度是有效的,施工過程中可以采用此法測(cè)取最大干密度來控制路基壓實(shí)質(zhì)量。

        [1] 南京水利科學(xué)研究院.SL 237—1999 水利土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1999.

        [2] 中華人民共和國交通部.JTG E40—2007 公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,1999.

        [3] 中華人民共和國鐵道部.TB 10102—2004 鐵路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社,2004.

        [4] 杜華,邢愛國.多土類土石混填路基壓實(shí)度快速預(yù)測(cè)研究[J].鐵道建筑,2008(2):59-60.

        [5] 張智.客運(yùn)專線鐵路路基變形模量檢測(cè)與路基壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)分析[J].鐵道建筑,2010(7):84-86.

        [6] 杜文忠.干旱地區(qū)鐵路粗粒土路基壓實(shí)含水率分析[J].鐵道建筑,2011(10):59-60.

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