王 龍 王 健

(1.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610061;2.成都軍區(qū)空軍勘察設(shè)計(jì)院，四川成都 610041)

0 引言

在工程建設(shè)中，采用回填土作為填筑材料，不可避免的遇到填土壓實(shí)度問題，例如堤壩、道路、機(jī)場、運(yùn)動(dòng)場、擋土墻、埋設(shè)管道、建筑物地基等。為提高填土體的強(qiáng)度，增加填土的密實(shí)度，降低透水性和壓縮性，需按照國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，可采用重錘夯實(shí)、機(jī)械碾壓或振動(dòng)等方法將土壓實(shí)到一定密實(shí)度，以滿足工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。一般用最大干密度表征土的擊實(shí)效果，最優(yōu)含水率是在一定的擊實(shí)能下最大干密度所對應(yīng)的含水率。室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是目前研究填土擊實(shí)特性的重要方法，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)可以測得土的最優(yōu)含水率和最大干密度，是近似的模擬現(xiàn)場填筑的一種半經(jīng)驗(yàn)性的試驗(yàn)，借以了解土的擊實(shí)特性，作為選擇施工方法、機(jī)械碾壓或夯實(shí)次數(shù)以及擊實(shí)工具等的主要依據(jù)。

輕型擊實(shí)試驗(yàn)和重型擊實(shí)試驗(yàn)是目前國內(nèi)常用的兩種室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)方法。下面以JTG E40-2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程[2]為試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，說明在擊實(shí)試驗(yàn)過程中影響土最大干密度的一些主要因素。

1 影響因素分析

擊實(shí)就是指土體在擊實(shí)能量作用下，土顆?？朔ｉg的阻力，進(jìn)而產(chǎn)生一定的位移，從而使土顆粒重新排列，使得土體孔隙減小，密實(shí)度增大。擊實(shí)功能則是指每單位體積所消耗的能量，擊實(shí)功能愈大，得到的最優(yōu)含水率則愈小，相應(yīng)的最大干密度愈高，但耗費(fèi)的擊實(shí)功能也相應(yīng)的增加，可見擊實(shí)功能是影響擊實(shí)效果的一個(gè)重要因素，在特定擊實(shí)功能下影響擊實(shí)效果的因素主要有以下幾個(gè)方面，下面逐一進(jìn)行分析。

1.1 土樣重復(fù)使用與否的影響

圖1是土樣在不重復(fù)使用和重復(fù)使用時(shí)采用干土法所做的擊實(shí)試驗(yàn)曲線，分析可知，在相近最大干密度情況下，最優(yōu)含水率卻有所不同，最優(yōu)含水率大的為重復(fù)使用時(shí)的土體。

圖1 擊實(shí)試驗(yàn)曲線對比圖

最優(yōu)含水率產(chǎn)生此種變化的主要原因?yàn)橥馏w在同一夯實(shí)錘的反復(fù)夯打下，土體的顆粒結(jié)構(gòu)及膠結(jié)狀況發(fā)生了改變，導(dǎo)致土體的粒徑變細(xì)，比表面積增大。比表面積的增大使得土體能夠吸收更多的結(jié)合水，其最優(yōu)含水率也相應(yīng)發(fā)生了變化[3]。

1.2 余土高度的影響

試樣擊實(shí)后會(huì)有部分土高度超過筒頂，此部分土柱則是余土[4]。標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的擊實(shí)曲線是余土高度為零時(shí)在單位體積擊實(shí)功能下土的含水率和干密度的關(guān)系曲線，但由于實(shí)際的操作中總會(huì)存在一定的余土高度，如果余土高度過大，試驗(yàn)結(jié)果的誤差會(huì)增大，則擊實(shí)曲線上的干密度就不是一定擊實(shí)功能下的干密度。圖2是對同一土樣按同一含水率，在擊實(shí)后余土高度控制在3 mm～11 mm時(shí)的干密度的結(jié)果對比。從圖2可以看出，擊實(shí)試驗(yàn)中余土高度越大，干密度越小。因?yàn)殡S著余土高度的增加，試樣的體積相對增大，而試樣所受的單位體積擊實(shí)功能則相應(yīng)減小，干密度也隨之變小。試驗(yàn)中的干密度發(fā)生了變化，那么最大干密度和最優(yōu)含水率必然也會(huì)隨之發(fā)生改變。

圖2 余土高度與干密度關(guān)系圖

1.3 試樣分層高度的影響

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程，擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，試樣是分3層裝入試筒的，每層試樣高度宜相等，即為筒高的1/3。表1是對同一種土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，每層試樣高度基本一致與不一致的干密度比對結(jié)果。從表1中可看出，1號(hào)和2號(hào)樣的每層試樣高度基本一致(約為筒高的1/3)，其干密度約為1.85 g/cm3，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)樣的每層高度不一致，其干密度比1號(hào)和2號(hào)樣要低10 g/cm3～30 g/cm3。

表1 不同分層厚度下干密度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)分析，試筒試樣的每層高度均等時(shí)，擊實(shí)功能是最大的，實(shí)驗(yàn)顯示相應(yīng)的干密度也是最大的。當(dāng)有一層高度大于筒高的1/3時(shí)，分析可知，體積相對增大，則該層填土所受的擊實(shí)功能相對減小，土體的密實(shí)度相對變小;當(dāng)某層土體高度小于筒高的1/3時(shí)，土體浪費(fèi)了一定的擊實(shí)功能，土體總體承受的擊實(shí)功能就減弱，土體的擊實(shí)也就不能達(dá)到最大。

1.4 試樣均勻性的影響

送檢的試樣中常夾有碎石等粒徑較大的顆粒，在試驗(yàn)中，一般要將較大顆粒篩出，將篩出的大顆粒均勻地?fù)饺朊糠菟渲频脑嚇又?，使得各份試?yàn)中大顆粒含量相同，否則試樣的干密度會(huì)出現(xiàn)異常，表2是對同一種土按同一含水率，分別摻入不同含量大顆粒所做的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果對比。

表2 不同含量粗顆粒下干密度統(tǒng)計(jì)表

從表2可看出，在實(shí)驗(yàn)中的大顆粒摻入量相近時(shí)，可得出試樣的干密度基本相等，而實(shí)驗(yàn)中大顆粒摻入量差距相對較大時(shí)，試樣的干密度則呈現(xiàn)出離散性。

1.5 最大干密度與含水率的關(guān)系

對于同一種土來說，干密度越大，其孔隙比就越小，因此最大干密度對應(yīng)于試驗(yàn)所達(dá)到的最小孔隙比。在某一特定的含水率下，將土壓至最密實(shí)，理論上就是將土中所有的氣體都從土中排出，使土體達(dá)到飽和狀態(tài)，得到理論上的最大壓實(shí)曲線，即Sr=100%的壓實(shí)曲線，稱為飽和曲線[3]。土中含水率過大或過小都不能使之達(dá)到最大干密度。含水率過小，土中基本上只有強(qiáng)結(jié)合水，強(qiáng)結(jié)合膜太薄，由于土粒間摩阻力和引力，使土顆粒間不易移動(dòng)，從而達(dá)不到密實(shí)狀態(tài);含水率過大，土中的一定的空間被自由水所占據(jù)，從而導(dǎo)致土體達(dá)不到密實(shí)狀態(tài);而當(dāng)土的含水率為最優(yōu)含水率時(shí)，土顆粒間具有一定的弱結(jié)合水膜，此弱結(jié)合水膜的潤滑作用使土顆粒較易移動(dòng)，填充孔隙、擠密，使土體達(dá)到最大密實(shí)度。

1.6 土性對最大干密度的影響

在擊實(shí)功能一定的情況下，土的性質(zhì)影響著土的最大密實(shí)度和最優(yōu)含水率。級(jí)配良好的土，因?yàn)榇诸w粒間被細(xì)顆粒所填充，所以具有較好的壓實(shí)性能。同理，顆粒級(jí)配不好的土在同樣的壓實(shí)條件下，壓實(shí)性能就較差。表3列出了據(jù)本次實(shí)驗(yàn)所得幾種不同的土的最優(yōu)含水率和最大干密度。

表3 不同的土的最優(yōu)含水率和最大干密度

由表3可知，顆粒越細(xì)的土，其最大干密度愈小，而最優(yōu)含水率愈大。最大密實(shí)度與最優(yōu)含水量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，最優(yōu)含水率大的土，最大干密度小，反之，最優(yōu)含水率小的土，最大干密度卻大。

2 結(jié)語

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)雖實(shí)驗(yàn)步驟相對來說比較簡單，但試驗(yàn)過程中的影響因素卻很多，在這些因素中有土樣自身的性質(zhì)問題，如土體性質(zhì)、含水率情況、土樣的均勻性等，還有人為操作問題，如土樣是否重復(fù)使用、余土高度的控制、每層試樣高度、土樣的調(diào)配等。因此在實(shí)際的工作中，必須持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的要求，控制試驗(yàn)條件，盡量接近實(shí)際情況，降低實(shí)驗(yàn)人為因素的影響，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、真實(shí)性，為工程實(shí)際設(shè)計(jì)提供最真實(shí)的科學(xué)參照，祛除實(shí)驗(yàn)影響，以此為合理的選擇碾壓工具、施工程序、夯實(shí)次數(shù)及間隔等提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 米建華.擊實(shí)試驗(yàn)中最大干密度和最優(yōu)含水率因素分析[J].河南水利與南水北調(diào)，2011(20):20-21.

[2] JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] 康 紅.土工試驗(yàn)方法中幾個(gè)常見問題分析[J].黑龍江交通科技，2011(7):30-31.

[4] 張建輝，王 敏.淺談土工擊實(shí)試驗(yàn)在工程中的應(yīng)用[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10(2):15-16.