影響土工擊實試驗的幾個關鍵因素探討

林向宇

0 引言

在實際工程中常使用各種類型土作為回填材料，比如在路橋工程中修筑道路、水利工程中修建堤壩、機場工程中修建飛機跑道、民用建筑中的田徑場以及地基和基礎回填等等。一般情況下，工程現場的回填土的取得會受到較多因素的制約，基本都是從其它工地二次搬運到施工現場的，土樣的原狀性已經被破壞，呈現孔隙增多，均勻程度較差，土樣的壓縮的模量較大、強度和抗剪性能較低等特征。為了能夠滿足工程的最終使用和建設，改善土體的力學性質，滿足設計指標，一般情況下采用夯實重錘、機械碾壓、振動振實等方法將土樣壓實到一定的程度，以滿足使用要求。擊實試驗就是通過錘擊使得土的密度增加，隨著擊實功大小而異，可以用來評價土樣的壓實性質，為填土工程確定干密度和含水量提供依據。

1 擊實試驗的方法

擊實試驗的主要原理是通過重力系統向土體施加豎向固定壓力，從而使得原本松散的土樣漸漸被壓實，土樣內部的空隙逐漸被縮小，從而在外力作用下獲得重新排列，以達到使得土樣密實的最終目的，也使得土體間的微觀土結構更加密實。

按照國家規范《土工試驗方法標準》（GB/T50123-2019）的有關規定，目前擊實試驗主要分為重型和輕型擊實試驗兩種。輕型擊實試驗分三層填筑土樣、每層錘擊25 擊。重型擊實試驗也是分為三層填筑土樣，但是為每層最少的錘擊42 擊。在土樣的制備環節中，分為干法制備與濕法制備兩種。干法制備適用于含水量較低的土，首先要用四點分法取一定量的代表性風干試樣，其中小桶所需要的土樣約20kg，大桶所需要的土樣約50kg，既可以放在木板上也可以放在碾壓器上將其碾碎。輕型擊實要過5mm 篩，重型過20mm 篩。濕法制備則適用于含水量較大的土，除上述要求外，還需要根據使用要求風干和加水以達到所需的含水率。

通過有關試驗得出結論，通過干法制作的土樣計算得出的最大干密度比濕法算出的值大，最優含水率比濕法制作的小，造成以上原因的是：通過人工方式往土樣里面加水后會造成土樣含水量過高，土的原狀性被破壞，土樣微觀結構發生了很大改變，重新排列變得，在實際工程中，土樣經過碾壓粉碎后，通過風干或者烘干手段后過篩變得比較困難，因此土樣的密度較大，含水量較小，對于含水率相對較低的土體來說，土體更容易被粉碎，因此，干法與濕法兩種試驗方法得到的結果并沒有較大的差距，所以在對含水率較高的土體進行試驗時濕法更為合理，如果采取干法進行檢測，會導致土體壓實的標準提高，在施工的時候很難達到相應的標準，那么必然使施工的相關檢測不符合標準，同時也會使施工的成本增加。

2 制備方法對試驗的影響

在擊實試驗中土樣的制備方法主要有風干與烘干兩種，通過有關試驗得知，土樣經過烘干后的密度比風干后的大，在含水量試驗中因為受到高溫、高熱環境影響，土料在外力作用下散失了水分，顆粒之間的縫隙縮小，短時間形成氣泡的可能性較低，因此烘干土樣的含水量較風干土樣低，同時土顆粒是在擊實試驗中承受外界豎向壓力的主體，因此土顆粒會容易產生豎向永久性變形，同時在干法制備中通常是利用碾壓和烘干方法對土樣進行制備，這樣就導致大量細小顆粒填充至原本的土顆粒中，從而導致干密度較高。

濕法制備一般適用于含水量較大的土樣，按照有關國家規范，為了使得土樣的水分能夠均勻分布通常使用風干或者烘干方法進行，雖然在試驗前都進行了風干或者烘干步驟，但是土體內依然會存留相應的水分，這些水分將會殘留在土體內的空隙里，在受到擊實試驗錘擊的時候受到擊實功的影響會產生孔隙壓力，土體內原本的氣泡在短時間內會消失，但是由于土樣有可能在短時間內回彈，最終導致土樣變形。因此采取濕法制備時，土體不宜進行粉碎處理，這樣有可能導致土顆粒間存在較大的空隙，影響試驗數據，因此濕法制備的推薦對象應為風干或者天然土樣。

3 擊實功對于試驗的影響

室內土工擊實試驗中的“錘重×落距×錘擊次數”稱之為擊實功。它將影響土體的含水量和壓實度，同一種土樣，不同擊實功所產生的土樣最優含水率及最大干密度也不一樣。

在日常試驗中通過觀察擊實曲線后發現，在擊實功發生變化時候，曲線的形狀不會發生太大變化，只是位置產生了上移，隨著擊實功的不斷增大曲線不斷往左上方移動，通過數據分析，能夠判斷出當擊實功增大后，試驗土體的最大干密度會增加，內部最佳含水量降低。筆者團隊在福州某工程項目中，現場采用了多臺額定功率不同的壓路機，功率大的比功率小的壓實效果好，在常規試驗中，重型擊實儀和輕型擊實儀的擊實效果也不一樣，其所表現出的最大干密度也錯在差異性，指標多為 0.03～0.1g/cm。所以，在進行擊實試驗和壓實度試驗時候，應根據不同土體粒徑選擇匹配的擊實儀器，強調擊實功同試驗結果的契合效果，降低擊實功對檢測結果的影響。

4 擊實筒內余土影響

所謂的余土高度指的是當擊實試驗完成以后位于擊實筒上方的，高出筒體的那部分土樣。從理論上來說當出現零余土高度時候，可以使用理論擊實曲線來表示。按照有關規定，擊實試驗完成后超出擊實筒頂的土樣不得超過6mm，在標準試驗流程下，土體受到的總擊實功是大致一樣的，密度等指標也具有可比性，如果在試驗完成后擊實筒上部余土的高度超過了有關國家標準，就會對試驗結果產生一定的影響。因為隨著擊實筒內的土體體積不斷增加，受到的擊實功也隨之減小，干密度和含水量存在變化的可能性，因此在試驗中要按照國家標準控制余土高度，并且準確記錄每一次加土的量，確保試驗嚴謹性。添加土樣一般分為三次進行，并且要保證每次增加的量大致相同，第一層位于筒體內5cm 下，第二層與筒體口高度相同，第三層達到護筒頂。

5 土樣配級對試驗的影響

在擊實試驗中試驗土樣的級配和黏土含量不同都將影響在相同的擊實功作用下的擊實試驗性能不同，從而影響最終效果。根據以往的試驗結果來看若試驗中的土樣配級較差，則擊實效果較差，影響試驗擊實性能表現較為明顯。因此，在選擇土樣時，應盡量選擇配級較好的土樣來進行試驗，可有效降低土樣配級對檢測結果的影響。現場土質沒有試驗室那樣均勻，往往中間混有大顆粒的土粒，當試驗中粒徑大于 5mm 的土質小于或等于試樣總質量的30% 時，應對最大干密度和最優含水率進行校正。

6 土體含水率的影響

在擊實試驗過程中，由于只能在一定的條件下做擊實試驗，就決定了隨著水的含量的不同，水的潤滑作用對功效率的影響是不同的，當加入適量的水時，水的順滑作用會對擊實功的效率有提高的作用，當水的含量超過某一臨界值時，水的作用反而會降低功的效率，這里所謂的“某一臨界值”就是“最優含水量”，即當水的含量在最優含水量附近時，功的效率最高，因此土的含水率的控制在擊實試驗中極為關鍵，含水率太高或者太低都不利于土的壓實性，土樣含水率如果過低，土顆粒表面的水膜就比較薄，結合水的能力就比較差。土樣之所以會被結合在一起，主要就是依靠水的張力，含水量太少就會導致土體之間的錯位變得困難，土體的壓實度以及密實性就不受控制，從而導致最大干密度和設計存在偏差，如果土體含水率太高，情況則相反，所以在試驗過程中要控制土體的含水率。

7 室內用土和現場土質的影響

擊實試驗中的土樣主要有自然土、風干土和烘干土等，不同性質的土樣在壓實度試驗中的試驗結果也不同。其中，自然土是自然界的產物，長期存在于戶外，因此在土體內部含水量較大；而烘干土則是通過人工方式利用高溫、高壓環境處理過的土樣，因其存在灼燒和碳化環節，土樣內部的微觀環境遭遇到了破壞，失去了土樣原本的狀態，與水體的交融性較差，最優含水量偏低。因此在一般試驗中，天然土的含水量較大，烘干土與天然土含水量較少，天然土的最大干密度較小，烘干土的最大干密度較大，二者的最佳含水量差異較大。因此，進行室內土工擊實試驗與回填土壓實度檢測精準度檢測時，應選擇風干土作為樣本土體進行試驗，保障后續試驗效果的準確性。