壓實填土最大干密度理論計算值與試驗值的分析對比

肖軼業，劉 萌，孫大鵬 山東明嘉勘察測繪有限公司，山東 淄博 255086

壓實填土廣泛應用于路基施工、輕型建筑物的地基施工過程中，具有成本低、易取材，施工簡單的特點。對填土質量的控制是地基施工質量控制的重要環節，規范規定采用壓實度作為填土壓實施工及驗收質量的控制標準，針對性質不同的填土材料，檢測方法通常采用環刀法(測定細粒土)、灌砂法(測定粗粒土)等。由于不同填土材料、性質不同的工程所要求的壓實效果各不同，故根據不同工程對壓實填土的設計及使用要求，預先設計壓實試驗參數，作為施工過程中控制和驗收壓實填土的質量標準。實測壓實度即為現場檢測壓實土層的干密度與最大干密度的比值。在控制含水率接近最佳含水量的前提下，當實測壓實度大于或等于標準壓實度時，為壓實合格。

按照常規考慮，土層的檢測干密度一般都小于或等于其最大干密度，但有時會出現土層的實測干密度大于其最大干密度的情況，即壓實度大于1.0，出現這種問題究竟是檢測過程的誤差所致還是屬正常理論范疇。本文通過理論公式推導并結合工程實踐對最大干密度進行了分析，提出了一些自己的看法和理解。

1 由室內標準擊實試驗求得的最大干密度

標準擊實試驗根據單位體積擊實功不同分為輕型和重型兩種，《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999)規定，輕型擊實試驗適用于粒徑小于5mm 的粘性土，重型擊實試驗適用于粒徑不大于20mm 的土，三層擊實時，最大粒徑不大于40mm。輕型擊實試驗的擊實筒容積為947cm3，擊錘的質量為2.5kg，單位體積擊實功約592.2kJ/m3，落高為30.5cm;重型擊實試驗的擊實筒容積為2104cm3，擊錘的質量為4.5kg，單位體積擊實功約2684.9kJ/m3，落高為45.7cm，分五層擊實，每層錘擊56 下。公路規范求得某一土料的最大干密度常采用重型擊實試驗，具體做法如下:首先分別將土料調制成不同的含水率，然后分別對不同含水量的土料進行擊實試驗并求出其相應的干密度，并繪制干密度和含水量關系曲線，分析得到土料的最大干密度ρdmax和最優含水率Wop。

由土的擊實理論可知，土料的最大干密度，主要受擊實功的大小影響，且與土料的含水量、種類、顆粒級配、包含物成分及成因密切相關，最大干密度變化隨最佳含水量增大而逐漸減小，隨擊實功的增加而逐漸增大，但其增大或減小的幅度逐漸降低。

2 理論推導絕對最大干密度

假定某一土樣含水率為固定值，假定土粒體積Vs=1，孔隙體積Vv=e，則土體體積V=Vs+Vv=1 +e，土粒比重Gs，土樣含水率W(單位為%)，飽和度為Sr(單位為%)，根據理論公式，土體的絕對最大干密度為:

式中ρd-土體干密度，單位g/cm3;ρs-土粒干密度，單位g/cm3;ms-土粒質量，單位g;V-土體總體積，單位cm3;Vv-孔隙體積，單位cm3;Vw-水的體積，單位cm3;ρW-水的密度，單位g/cm3;e-土體的孔隙比;

從上式可以看出，在土料一定下，當土體飽和度Sr=100%時，即土體中空氣全部排出，孔隙為水所充滿時，土體的干密度得到絕對最大值，即下式:

若含水量采用百分數表達，則為

從⑤或⑥式可看出，當土料一定時，其顆粒Gs比重一定，水的密度ρw為定值，相應于已知某一個含水量，就可以求得其對應的絕對最大干密度。

3 理論推導及現場實驗的結果對比

在實際工程中，常會遇到檢測的干密度值大于由擊實試驗求得的最大干密度的現象，出現這種情況是正常的。問題在于檢測值比試驗值大多少為正常，通過理論計算的最大干密度可以進行解釋。總之，在保證土料質量和含水率一定前提下，當檢測的干密度值小于絕對最大干密度時，該檢測值及其對應的壓實度是正確的;反之，其檢測結果必定是錯誤的。

現有一工程實例，擬建北京路昌國路南延工程，采用壓實填土地基，填土材料為粉質粘土，采用重型擊實試驗進行測試，室內擊實試驗求得的最大干密度ρdmax=1.88g/cm3，最優含水量為Wop=13.8%，土粒比重Gs為2.71g/cm3。地基施工結束后采取6 組檢測數據，其中第2組和第4 組數據壓實度大于100%，現用絕對最大干密度進行檢驗，結果見表1。

表1 試驗檢測數據與絕對最大干密度對比表

從中可以看出，2#和4#測點壓實度超過100%，但其對應的試驗干密度仍然小于絕對最大干密度，故土體仍有被壓實的空間，同時說明由室內擊實試驗求得的最大干密度與施工結果相比偏小。

伴隨施工技術和機械化水平的不斷提高，對土體的壓實要求也越來越高，若仍單純以室內擊實試驗數據為依據來指導施工，恐怕難以適應施工中的設備能級狀況和對壓實質量的要求，因此，為更好評定路基填土質量和指導路基填土的施工，最大干密度的試驗標準不能一成不變，它應伴隨該時期的平均施工技術水平和機械設備的先進程度不斷調整;但應說明一點的是，填土的最大干密度是有極限的，而不是可以無限增大的。

4 結論

不同材料所要求的壓實效果是不同的，可通過假設土體在質量和含水量為固定值的前提下用理論公式求得其絕對最大干密度，作為檢測壓實結果的依據。

由標準擊實試驗求的最大干密度，應伴隨該時期的平均施工技術水平和機械設備的先進程度不斷調整，相應的規范標準應隨著施工水平的不斷發展進行修訂。

為使室內試驗數據能更好的指導施工，建議采用與施工設備相同的擊實功進行室內擊實試驗，這樣得到的最大干密度和最優含水量能與施工數據更接近，對施工過程中的質量和問題能更好的控制。

［1］《土力學與地基基礎》高大釗(中國建筑工業出版社).

［2］《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2012).

［3］《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999).