擊實試驗中最大干密度和最優含水率因素分析

□米建華（漯河市城市建設投資有限公司）

擊實試驗中最大干密度和最優含水率因素分析

□米建華（漯河市城市建設投資有限公司）

擊實試驗是土工試驗項目中比較重要的一個試驗項目，也是比較繁瑣的一項試驗，室內擊實試驗是模似工程現場夯實原理，利用標準化的擊實方法和操作規程，對土樣施加一定的沖擊荷載使之壓實，從而確定所需的最大干密度和最優含水率，作為選擇填土密度、夯實次數等主要依據。在擊實過程中，影響土的最優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，提高土的擊實效果，達到擊實試驗的目標的。

擊實試驗；壓實；最大干密度；最優含水率

隨著南水北調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，經常遇到填土壓實的問題，為了有利于工程進度和質量控制，求得土的最優含水率和最大干密度，提高填土壓實強度，增加土的密實度，降低透水性和壓縮性。通常用壓實的辦法來處理地基，通過對土的最優含水率和最大干密度的研究來提高土的壓實效果。室內擊實試驗采用標準擊實法，用錘擊實土樣，使土密度增大，測定土樣在一定壓實功能作用下達到最大密實度時的含水率（最優含水率）和此時的干密度（最大干密度），借以了解土的壓實特性，作為選擇填土密度、施工方法、機械碾壓或夯實次數以及壓實工具等的主要依據。

一、試驗方法

常用的室內試驗有輕型和重型擊實試驗兩種方法，輕型擊實方法主要適用水庫、堤防、鐵路路基填土；重型擊實方法適用高等級公路填土和機場跑道。試驗規程有：中華人民共和國國家標準GB/T50123-1999《土工試驗方法標準》，中華人民共和國行業標準SL237-1999《土工試驗規程》，中華人民共和國行業標準JTGE40-2007《公路土工試驗方法標準》，國標和水利標準方法相同，《公路土工試驗方法標準》對擊實試驗的目標的、適用范圍、儀器設備以及試驗條件有不同的規定，南水北調中線一期工程中土方填筑采用SL237-1999輕型擊實試驗方法標準。

（一）儀器設備：

擊錘：質量2.5kg，錘底直徑50mm，落高305mm；

擊實筒：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5mm

其它：烘箱、噴水設備、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，按土的塑限估計最優含水率，依次相差約2%，制備土樣一組。一個含水率接近最優含水率，二個大于最優含水率，二個小于最優含水率。每個土樣分層加水拌均勻后放入塑料桶內靜止一晝夜，低液限粘土不少于12h。

（三）操作步驟

1.分三層擊實，取制備好的土樣600～720g，分層裝入筒內進行擊實，擊實后的每層試樣高度要大致相同，每層的交接面要刨毛。擊錘應垂直下落，均勻分布于土面上，現局各標段試驗室配置的擊實儀都是電動擊實儀，只需將定數器調到所需的擊數處，按動開關進行擊實。擊實成型后試樣的高度要控制小于6mm。

2.用修土刀沿套環內壁削挖后，扭動取下套環，并修平筒兩端土樣，擦凈筒外壁，稱重，準確至1g。

3.測定含水率，用推土器推出筒內試樣，在土樣中心處取兩個約30～40g的土樣，平行測定其含水率。

（四）數椐整理

計算擊實后各點干密度和含水率

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，以含水率為橫坐標，繪制干密度與含水率關系曲線，曲線上峰值點的縱橫坐標，分別表示土的最大干密度和最優含水率。

二、影響最大干密度和含水率的因素

（一）擊實功能的影響

土的最優含水率和最大干密度與壓實功能和壓實方法有著密切關系，壓實功能越大，得到的最大干密度就越大，含水率就越小。這是土體在壓實能量作用下，土顆粒克服顆粒間阻力，產生位移，土顆粒重新排列，使土中孔隙減小，密實度增大。室內擊實試驗一般按工程實際情況分為輕型和重型擊實方法，輕型和重型區別在于單位體積擊實功能，輕型單位體積擊實功能為592.2KJ/m3；重型單位體積擊實功能為2684.9KJ/m3。輕型擊實主要適用于水庫和堤防工程，重型擊實適用于高等級公路和機場跑道。

（二）含水率對最大干密度的影響

由擊實曲線可以看出，當壓實功能不變時，則土的干密度隨著含水率增加而增大，當干密度達到最大值后含水率繼續增加反而使干密度減小，此一最大值稱為最大干密度，其對應的含水率稱為最優含水率。室內的擊實試驗，是在某一個含水率下，要求達到的最小孔隙比，最大密實度。含水率太大或太小都不能達到最大干密度和最優含水率。土中含水率太小時，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，當土中含水率逐漸增大時，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減小，在外力作用下，就易于壓實。但當含水率繼續增大超過最優含水率后，土中空氣處于封閉狀態，不能排出。因此，繼續增加水量，只會增加土的孔隙體積，使干密度相應降低。試驗前要根據土壤實際情況估算最優含水率，一般來說粘性土粘粒含量愈多塑性指數愈大，而砂性土壤的最優含水率小于粘性土，最大干密度大于粘性土。

（三）土樣顆粒級配的影響

在一定擊實功能作用下，土的最優含水率和最大干密度與土的性質有關。在土的性質中，土粒徑不同對土的壓實性質會有不同的影響，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，土的性質相應地發生變化。如細顆粒粘土，透水性小，粘性和可塑性大，在一定的擊實功能下粘粒含量多，塑性指數愈大，土體越不易被擊實。而粉土粉粒含量大，粘粒和砂粒含量小，滲透性好，壓實性能也不好。而顆粒級配良好的土，粗細顆粒級配較好，有較好的壓實性。

（四）余土高度的影響

擊實后超過筒高的部分土柱稱余土高度。在實際操作中會存在過多或過少余土高度，擊實曲線是在某一個標準的單位擊實功能下最大干密度和最優含水率關系曲線，如果余土高度（超高）等于零（理想狀態）擊實后的土樣體積剛好等于擊實筒容積，那么，擊實曲線就是一條等功能的擊實曲線，如果擊實后余土高度不等，干密度和含水率的關系曲線就不是一條等功能的擊實曲線。所以余土高度應該控制。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，干密度（以余土高度為零時的干密度為基準）才能控制在允許誤差范圍內，為了保證試驗精度，余土高度不得超過6mm。

（五）干法和濕法試驗

土樣的制備方法不同，所得擊實試驗結果也不相同，大量試驗證明：最大干密度以烘干土最大，風干土次之，天然土最小，最優含水率也因此不同，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。在工地試驗室常以風干土方法，是將土樣風干六到七個小時后，當土樣含量水率低于最優含水率時進行制備土樣，這樣做是為了節省試驗時間，提高工作效率。

表2 天然土、風干土、烘干土對比試驗成果

（六）土樣重復使用的

土樣重復使用時土中部分顆粒由于反復擊實改變了土粒結構，土樣被擊實后很難恢復到原有的狀態，在一定的擊實功能下，對最大干密度影響較大，不重復使用的土樣，土樣所受擊實功能小，而兩者含水率影響較小。

三、結語

室內擊實試驗方法的步驟較簡單，通過以上幾點主要影響因素的分析，我們知道在試驗過程中，對土的最優含水率和最大干密度的影響因素很多，如壓實能量（擊實功）、土的含水率及土的粒徑級配因素，其中最重要的是受壓實能量（擊實功）的影響，在壓實能量（擊實功）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。試驗人員一定要嚴格按照試驗標準規范，控制好試驗條件，認真細心操作，降低各種因素的影響提高土的擊實效果。此外土的擊實試驗是近似模擬現場填筑情況一種半經驗的試驗，它測定的最大干密度和最優含水率只為工程設計提供初步標準，在南水北調中線一期工程中還要做碾壓試驗，根據工地現場實際條件確定碾壓機械、鋪土厚度、碾壓遍數，對室內擊實試驗提供的數據進行適當調整，才能做為實際施工控制的填筑標準。

2011-08-12