击实试验中最大干密度和最优含水率因素分析

□米建华（漯河市城市建设投资有限公司）

击实试验中最大干密度和最优含水率因素分析

□米建华（漯河市城市建设投资有限公司）

击实试验是土工试验项目中比较重要的一个试验项目，也是比较繁琐的一项试验，室内击实试验是模似工程现场夯实原理，利用标准化的击实方法和操作规程，对土样施加一定的冲击荷载使之压实，从而确定所需的最大干密度和最优含水率，作为选择填土密度、夯实次数等主要依据。在击实过程中，影响土的最优含水率和最大干密度因素较多，通过对这些影响因素的分析，提高土的击实效果，达到击实试验的目标的。

击实试验；压实；最大干密度；最优含水率

随着南水北调中线一期工程在我省的全面展开，土方填筑工程量日益增多，经常遇到填土压实的问题，为了有利于工程进度和质量控制，求得土的最优含水率和最大干密度，提高填土压实强度，增加土的密实度，降低透水性和压缩性。通常用压实的办法来处理地基，通过对土的最优含水率和最大干密度的研究来提高土的压实效果。室内击实试验采用标准击实法，用锤击实土样，使土密度增大，测定土样在一定压实功能作用下达到最大密实度时的含水率（最优含水率）和此时的干密度（最大干密度），借以了解土的压实特性，作为选择填土密度、施工方法、机械碾压或夯实次数以及压实工具等的主要依据。

一、试验方法

常用的室内试验有轻型和重型击实试验两种方法，轻型击实方法主要适用水库、堤防、铁路路基填土；重型击实方法适用高等级公路填土和机场跑道。试验规程有：中华人民共和国国家标准GB/T50123-1999《土工试验方法标准》，中华人民共和国行业标准SL237-1999《土工试验规程》，中华人民共和国行业标准JTGE40-2007《公路土工试验方法标准》，国标和水利标准方法相同，《公路土工试验方法标准》对击实试验的目标的、适用范围、仪器设备以及试验条件有不同的规定，南水北调中线一期工程中土方填筑采用SL237-1999轻型击实试验方法标准。

（一）仪器设备：

击锤：质量2.5kg，锤底直径50mm，落高305mm；

击实筒：直径102mm；筒高116mm；体积947.4cm3；

天平：称量 200g,；感量 0.01g；

台秤：称量10kg；感量5g；

筛：孔经5mm

其它：烘箱、喷水设备、碾土器、推土器、修土刀。

（二）土样制备

取有代表性的土样重量不少于20kg，将土风干或烘干，用碾土器碾散，过5㎜筛拌匀备用，分别称取土样约2500g五份，按土的塑限估计最优含水率，依次相差约2%，制备土样一组。一个含水率接近最优含水率，二个大于最优含水率，二个小于最优含水率。每个土样分层加水拌均匀后放入塑料桶内静止一昼夜，低液限粘土不少于12h。

（三）操作步骤

1.分三层击实，取制备好的土样600～720g，分层装入筒内进行击实，击实后的每层试样高度要大致相同，每层的交接面要刨毛。击锤应垂直下落，均匀分布于土面上，现局各标段试验室配置的击实仪都是电动击实仪，只需将定数器调到所需的击数处，按动开关进行击实。击实成型后试样的高度要控制小于6mm。

2.用修土刀沿套环内壁削挖后，扭动取下套环，并修平筒两端土样，擦净筒外壁，称重，准确至1g。

3.测定含水率，用推土器推出筒内试样，在土样中心处取两个约30～40g的土样，平行测定其含水率。

（四）数椐整理

计算击实后各点干密度和含水率

ρd=ρ／1+0.01×ω

ρd—干密度,g/cm3；

ρ—湿密度,g/cm3；

ω—含水率，%。

绘制曲线以干密度为纵坐标，以含水率为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线，曲线上峰值点的纵横坐标，分别表示土的最大干密度和最优含水率。

二、影响最大干密度和含水率的因素

（一）击实功能的影响

土的最优含水率和最大干密度与压实功能和压实方法有着密切关系，压实功能越大，得到的最大干密度就越大，含水率就越小。这是土体在压实能量作用下，土颗粒克服颗粒间阻力，产生位移，土颗粒重新排列，使土中孔隙减小，密实度增大。室内击实试验一般按工程实际情况分为轻型和重型击实方法，轻型和重型区别在于单位体积击实功能，轻型单位体积击实功能为592.2KJ/m3；重型单位体积击实功能为2684.9KJ/m3。轻型击实主要适用于水库和堤防工程，重型击实适用于高等级公路和机场跑道。

（二）含水率对最大干密度的影响

由击实曲线可以看出，当压实功能不变时，则土的干密度随着含水率增加而增大，当干密度达到最大值后含水率继续增加反而使干密度减小，此一最大值称为最大干密度，其对应的含水率称为最优含水率。室内的击实试验，是在某一个含水率下，要求达到的最小孔隙比，最大密实度。含水率太大或太小都不能达到最大干密度和最优含水率。土中含水率太小时，颗粒表面水膜薄，颗粒间摩阻力大，土颗粒间不易移动，不易压实，当土中含水率逐渐增大时，颗粒表面水膜逐渐变厚，其水膜的润滑作用也增大，因而颗粒表面阻力相应减小，在外力作用下，就易于压实。但当含水率继续增大超过最优含水率后，土中空气处于封闭状态，不能排出。因此，继续增加水量，只会增加土的孔隙体积，使干密度相应降低。试验前要根据土壤实际情况估算最优含水率，一般来说粘性土粘粒含量愈多塑性指数愈大，而砂性土壤的最优含水率小于粘性土，最大干密度大于粘性土。

（三）土样颗粒级配的影响

在一定击实功能作用下，土的最优含水率和最大干密度与土的性质有关。在土的性质中，土粒径不同对土的压实性质会有不同的影响，我们知道土都是由大小不同的土粒组成的，即不同的土有不同的粒径级配，随着颗粒大小的不同，土的性质相应地发生变化。如细颗粒粘土，透水性小，粘性和可塑性大，在一定的击实功能下粘粒含量多，塑性指数愈大，土体越不易被击实。而粉土粉粒含量大，粘粒和砂粒含量小，渗透性好，压实性能也不好。而颗粒级配良好的土，粗细颗粒级配较好，有较好的压实性。

（四）余土高度的影响

击实后超过筒高的部分土柱称余土高度。在实际操作中会存在过多或过少余土高度，击实曲线是在某一个标准的单位击实功能下最大干密度和最优含水率关系曲线，如果余土高度（超高）等于零（理想状态）击实后的土样体积刚好等于击实筒容积，那么，击实曲线就是一条等功能的击实曲线，如果击实后余土高度不等，干密度和含水率的关系曲线就不是一条等功能的击实曲线。所以余土高度应该控制。表1是不同余土高度对干密度的影响：

表1 不同余土高度对干密度的影响

从表中可以看出，余土高度不超过6mm时，干密度（以余土高度为零时的干密度为基准）才能控制在允许误差范围内，为了保证试验精度，余土高度不得超过6mm。

（五）干法和湿法试验

土样的制备方法不同，所得击实试验结果也不相同，大量试验证明：最大干密度以烘干土最大，风干土次之，天然土最小，最优含水率也因此不同，烘干土最低。（如表2）粘土最为明显，粘粒含量愈大，烘干对最大干密度影响也越大，主要是烘干影响了土胶粒性质。在工地试验室常以风干土方法，是将土样风干六到七个小时后，当土样含量水率低于最优含水率时进行制备土样，这样做是为了节省试验时间，提高工作效率。

表2 天然土、风干土、烘干土对比试验成果

（六）土样重复使用的

土样重复使用时土中部分颗粒由于反复击实改变了土粒结构，土样被击实后很难恢复到原有的状态，在一定的击实功能下，对最大干密度影响较大，不重复使用的土样，土样所受击实功能小，而两者含水率影响较小。

三、结语

室内击实试验方法的步骤较简单，通过以上几点主要影响因素的分析，我们知道在试验过程中，对土的最优含水率和最大干密度的影响因素很多，如压实能量（击实功）、土的含水率及土的粒径级配因素，其中最重要的是受压实能量（击实功）的影响，在压实能量（击实功）不变的情况下，土的最大干密度主要是随土体的单位体积变化而变化。试验人员一定要严格按照试验标准规范，控制好试验条件，认真细心操作，降低各种因素的影响提高土的击实效果。此外土的击实试验是近似模拟现场填筑情况一种半经验的试验，它测定的最大干密度和最优含水率只为工程设计提供初步标准，在南水北调中线一期工程中还要做碾压试验，根据工地现场实际条件确定碾压机械、铺土厚度、碾压遍数，对室内击实试验提供的数据进行适当调整，才能做为实际施工控制的填筑标准。

2011-08-12