楊鰲

環(huán)刀法檢測(cè)壓實(shí)度超百的成因分析及控制措施

楊鰲

對(duì)土方填筑要求達(dá)到的壓密標(biāo)準(zhǔn)，工程上采用壓實(shí)度控制。壓實(shí)度是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)之一，反映現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)后的密度狀況，壓實(shí)度越高，密度越大，材料整體性能越好。在對(duì)以往工程中使用環(huán)刀法進(jìn)行土方填筑壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)壓實(shí)度超過100%的現(xiàn)象，下面就其產(chǎn)生的原因作一些探討。

一、壓實(shí)度超百的成因分析

壓實(shí)度定義是填土干密度與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)功能擊實(shí)的最大干密度的比值乘以百分之百。也就是說(shuō)壓實(shí)度是一個(gè)相對(duì)值，它相對(duì)于達(dá)到最大干密度的百分比，因此在一般情況下，壓實(shí)度不會(huì)超過100%。對(duì)于工程中經(jīng)常出現(xiàn)的壓實(shí)度超百的現(xiàn)場(chǎng)，主要有以下幾個(gè)方面的原因。

1.擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果不具有代表性

在土方填筑之前，需對(duì)填筑的土料進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，以確定最大干密度值及最優(yōu)含水量，為施工質(zhì)量的控制提供參數(shù)。擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)如果料場(chǎng)土料成分不均勻，所取土料不能代表整個(gè)料場(chǎng)的土料組成，就會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況出現(xiàn)偏離，造成實(shí)際的壓實(shí)度偏大或偏小，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果得出的最大干密度小于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際土料的最大干密度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度超百的現(xiàn)象。

以某工地施工現(xiàn)場(chǎng)的料場(chǎng)土料擊實(shí)試驗(yàn)為例。根據(jù)規(guī)范及施工要求，本次所作擊實(shí)試驗(yàn)為輕型擊實(shí)試驗(yàn)，其單位體積擊實(shí)功能為592.2kJ/m3。擊實(shí)儀按SL112-95校驗(yàn)方法進(jìn)行校驗(yàn)，天平和其他計(jì)量器應(yīng)按有關(guān)檢定規(guī)程進(jìn)行檢定。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取5組土料在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行烘干、碾磨、過篩等加工，使其符合試驗(yàn)要求。擊實(shí)試驗(yàn)成果列于表1。

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)成果表，對(duì)同一料場(chǎng)所取的五組土料得出的成果完全不同。如果取4#的試驗(yàn)成果作為最大干密度值，1#、2#、3#、5#位置所取土料填筑后壓實(shí)度均可能超過100%。

2.擊實(shí)試驗(yàn)方法的局限性

水利工程中，擊實(shí)試驗(yàn)是按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）來(lái)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量的控制提供參數(shù)。輕型擊實(shí)試驗(yàn)其單位體積擊實(shí)功能為592.2kJ/m3。擊實(shí)錘質(zhì)量2.5kg，錘底直徑51mm，落高305mm。擊實(shí)筒內(nèi)徑102mm，筒高116mm，容積947.4cm3。擊實(shí)儀的擊錘配備導(dǎo)筒，擊錘與導(dǎo)筒間應(yīng)有足夠的

間隙使錘能自由下落。擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)取約為20kg代表性風(fēng)干土樣碾散，碾散后過5mm篩，并測(cè)定土樣的風(fēng)干含水率。根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水量，按依次相差約2%的含水量制備一組（不少于5個(gè)）試樣。按預(yù)定含水量用噴水設(shè)備均勻噴灑所需加水量，拌勻并裝入塑料袋內(nèi)或密封于盛土器內(nèi)靜置備用。根據(jù)土的性質(zhì)，靜置時(shí)間分別為12～24h。經(jīng)過試樣處理后，土的顆粒均勻性及含水量的均勻性皆很好，并且空隙率較小。另外，在對(duì)土樣的制備過程中，原土中含有的氧化鐵、氧化鋁、有機(jī)質(zhì)等組成的膠結(jié)連接受到擾動(dòng)而破壞，再經(jīng)擊實(shí)后，這種膠結(jié)連接更大大降低，以致?lián)魧?shí)試驗(yàn)所得最大干密度一般都比理論的最大干密度要小，這些都是導(dǎo)致檢測(cè)壓實(shí)度時(shí)超百現(xiàn)象的出現(xiàn)的原因。

由于該試驗(yàn)規(guī)程已頒布十余年，而擊實(shí)錘產(chǎn)生的擊實(shí)作用與現(xiàn)有的壓實(shí)機(jī)械無(wú)論在壓實(shí)功能還是壓實(shí)原理上都有很大的差距，在試驗(yàn)室用擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)壓實(shí)，測(cè)量確定的最大干密度和最優(yōu)含水量不一定就是土料在現(xiàn)有壓實(shí)器械下所能達(dá)到的最大干密度和所需的最優(yōu)含水量，故擊實(shí)試驗(yàn)很大程度上已經(jīng)不能滿足工程的實(shí)際需要。

3.碾壓設(shè)備及填土厚度的因素

壓實(shí)機(jī)械碾壓是實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度的主要手段，所用的壓實(shí)機(jī)械對(duì)一定含水量下的填土壓實(shí)有很大的影響。填土壓實(shí)后的干密度與碾壓設(shè)備在其上施加的功有一定關(guān)系。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)所用的碾壓設(shè)備的壓實(shí)功大于擊實(shí)試驗(yàn)功時(shí)，就有可能造成壓實(shí)度超百現(xiàn)象。另外，在碾壓的過程中，每層填土厚度由碾壓試驗(yàn)確定，但在實(shí)際施工中由于施工者的工藝水平不同，造成鋪土后的層厚與要求有誤差。如鋪土層過厚，則鋪土層底部達(dá)到壓實(shí)度要求時(shí)，其頂面壓實(shí)度可能會(huì)造成壓實(shí)度超百現(xiàn)象。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明：土基壓實(shí)時(shí)，在機(jī)具類型、土層厚度及行程遍數(shù)已選定的條件下，壓實(shí)操作時(shí)宜先輕后重、先慢后快、先邊緣后中間（超高路段等需要時(shí)，則宜先低后高）。壓實(shí)時(shí)，相鄰兩次的輪跡應(yīng)重疊輪寬的1/3，保持壓實(shí)均勻，不漏壓，對(duì)于壓不到的邊角，應(yīng)鋪以人力或小型機(jī)具夯實(shí)。壓實(shí)過程中，經(jīng)常檢查含水量和密實(shí)度，以達(dá)到符合規(guī)定壓實(shí)度的要求。

4.施工水平的不均勻性

施工水平的均勻性高低可以通過檢測(cè)數(shù)據(jù)的偏差系數(shù)Cv的大小來(lái)反映。Cv越大，施工水平的均勻性越差，施工管理水平越差；反之則越好?，F(xiàn)行規(guī)范壓實(shí)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)評(píng)定段的壓實(shí)度代表值K（算術(shù)平均值的下置信界限）為：

式中：K均為檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)務(wù)測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度的平均值；ta為分布表中隨測(cè)點(diǎn)數(shù)和保證率（或置信度a）而變的系數(shù)；S為檢測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差；n為檢測(cè)點(diǎn)數(shù)；K0為壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)值。其中S=Cv·k。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，施工質(zhì)量好的路基壓實(shí)度的偏差系數(shù)Cv約為3%，一般為4%，有時(shí)甚至超過5%。如某公路路基要求的壓實(shí)度K0=95%，保證率系數(shù)為95%，則檢測(cè)壓實(shí)度的測(cè)點(diǎn)數(shù)n為 6的情況下。另外，符合規(guī)范要求的壓實(shí)度平均值K均隨Cv的不同而有所不同。當(dāng)Cv=0.04時(shí)，K均≥98.2；當(dāng)Cv=0.05時(shí)，K均≥99.1；Cv=0.06時(shí)，K均≥99.9；Cv=0.07時(shí)，K均≥100.8。也就是說(shuō)，施工水平的均勻性越差，施工管理水平越差，要想滿足規(guī)范的壓實(shí)度，單個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)值越大，超過100%的幾率就越多。

5.檢測(cè)過程中引起的誤差

在用環(huán)刀法對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣時(shí)，若土已經(jīng)超出環(huán)刀高度，繼續(xù)擊打環(huán)刀蓋，造成人為對(duì)土樣的擠壓，檢測(cè)結(jié)果會(huì)偏高?；蛘卟杉c(diǎn)經(jīng)過多次輾壓，使得檢測(cè)結(jié)果明顯大于100%。如果回填土中含有鈣質(zhì)結(jié)核，現(xiàn)場(chǎng)取樣可能會(huì)恰巧取到，這時(shí)現(xiàn)場(chǎng)干密度就會(huì)偏高很多。所以用環(huán)刀法檢測(cè)時(shí)，試驗(yàn)完成后要把土環(huán)刀中取出，檢測(cè)是否有鈣質(zhì)結(jié)核。

表1 擊實(shí)試驗(yàn)成果表

二、壓實(shí)度超百的控制措施

針對(duì)壓實(shí)度超百的各種成因分析，現(xiàn)提出幾點(diǎn)控制措施，盡量減少和避免壓實(shí)度超百現(xiàn)象的發(fā)生。

（1）在回填土料場(chǎng)的選取和管理上要嚴(yán)格把關(guān)，以防不同種類的土料相互混雜，盡量保證填筑土料的成分均勻。

（2）由于一般室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果不能滿足工程實(shí)際的需要，所以應(yīng)對(duì)擊實(shí)所得的最大干密度進(jìn)行數(shù)學(xué)修正，并根據(jù)理論計(jì)算推導(dǎo)出理論最大干密度。

（3）在正式施工前應(yīng)選取試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行試壓，對(duì)采用不同碾壓設(shè)備和碾壓方式的不同試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定合理的碾壓機(jī)械和碾壓方式。鋪土厚度應(yīng)小于壓實(shí)設(shè)備壓土?xí)r的作用深度，鋪得過厚，要壓多遍才能達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度；鋪得過薄，也要增加機(jī)械的總壓實(shí)遍數(shù)。恰當(dāng)?shù)匿佂梁穸饶苁雇练綁簩?shí)而機(jī)械的功耗最少。

（4）提高施工隊(duì)伍的管理水平，加強(qiáng)施工隊(duì)伍質(zhì)量意識(shí)，增強(qiáng)施工技術(shù)人員的責(zé)任心、使命感。

（5）在檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范章程要求進(jìn)行操作，盡量減少人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

三、結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)生壓實(shí)度超百的因素有很多，在壓實(shí)施工過程中應(yīng)根據(jù)壓實(shí)土體的應(yīng)用要求，確定合適的最大干密度值及最優(yōu)含水量，提出合理的壓實(shí)度設(shè)計(jì)指標(biāo)，以科學(xué)的方法達(dá)到合理和經(jīng)濟(jì)的目的。施工過程中，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行施工，避免管理上、施工上的混亂。在實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)根據(jù)具體情況，按照標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和設(shè)計(jì)文件及有關(guān)的規(guī)定等進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢測(cè)■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 233000）