粗颗粒土混合料最大干密度及压实度试验研究

2012-07-26杜可耕李安珍

铁道建筑 2012年11期

杜可耕，李安珍

(中交一公局海威工程建设有限公司，北京 101119)

目前高速铁路客运专线施工中，路基的刚度及稳定性是影响行车安全和舒适性的一个重要因素。粗粒土是指砂砾石、砂卵石、石渣、爆破开采的石料等粗颗粒土石混合料，粗颗粒间黏结力小、透水性强，具有良好的工程使用性能，因此粗颗粒土混合料在高速铁路路堤填筑中得到广泛的应用。

1 试验方法

首先对现场的粗颗粒土混合料进行土粒分析，然后按照《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)中的振动方法(表面振动仪法与振动台法)进行振动试验，试验仪器如图1所示。

图1 试验仪器

试验过程为:

1)按湿法试验时，可对烘干试料加足量水，或用现场湿土料进行。拌匀试料(使颗粒级配及含水均匀)，然后大致分成3份。如果向干料中加水，则最小饱和时间需1/2 h。加水宜加到足够份量，即在拌合盘中无自由水滞积，且在振密过程中基本保持饱和状态。

对于烘干试料中的加水量，可尝试每4.5 kg试料约加1 000 ml的水量，亦或按下式估算

式中，Mw为加水量，g;ρd为由起初振密结果所估算的干密度，kg/m3;Ms为试样质量，g;ρw为水的密度，取1 000 kg/m3;Gs为土粒相对密度。

2)将试筒固定于底板上，用小铲或大勺将任一份湿料徐徐填入试筒(装填量宜使振毕试样等于或略低于筒高的1/3)。

3)放下振动器，表面振动仪振动6 min，振动台振动8 min。吊起振动器，吸去试样表面自由水。

4)重复 2)和3)进行第二层、第三层试样振动压实。

5)卸去套筒测定振毕试样高度，读数宜从4个不同点位读取，并精确至0.5 mm，取4次读数平均值作为试样高度H0。

6)测定试样含水率，计算最大干密度ρdmax。

7)重复1)至6)，直至获得一致的最大干密度。但须制备足够的代表性试样，不得重复振动压实同一个试样。

2 最大干密度试验结果与分析

2.1 土粒级配分析

对不同的粗颗粒土混合料采用筛分法进行分析，结果如图2所示。不同土样级配系数如表1所示。

图2 不同土样的级配曲线

表1 不同土样级配系数

由表1可以看出，七类土中试样2#，4#，6#的级配组成较差，土样6#为卵石土，其他土样为碎石土。参考规范［1-3］并结合工程实际，本文规定:＜5 mm的颗粒称为细颗粒，＞5 mm的颗粒称为粗颗粒［4-6］。

2.2 表面振动仪法、振动台法试验结果与分析

表面振动仪法和振动台法测得的最大干密度见图3。

在通常情况下，粗颗粒土混合料结构中粗颗粒通过土粘结在一起，其结构强度在很大程度上取决于石质骨架的强度组成因素，即混合料内摩阻力大小，而该摩阻力又取决于颗粒形状及其表面特性等。6#土样为表面光滑的鹅卵石，其形状多为圆形，振动时其表面的摩阻力较小，能够更充分地被振动密实，所以其干密度值较其它几类土大。其余几组为碎石，因此相对于卵石其最大干密度较小。

另外级配相近的土样4#，5#，7#最大干密度极为相近，这说明级配的组成对粗颗粒土混合料最大干密度的影响极大。1#，2#，3#，6#四种土样最大干密度值相差较大，是由于土料的质地有着根本性差异和级配组成相差较大所致，级配良好土组的最大干密度整体上大于级配不良土组的。

同时也可以看出，针对同一种土加水后湿土法测得的最大干密度明显要大于干土法所测的最大干密度。这是由于水的介入起到了一定润滑，使得土粒之间的摩阻力减小，定向运动更为容易，因而使得粗颗粒土混合料振动得更加密实。另外水的介入也起到了一定的填充作用，粗颗粒土中的孔隙得到了充分的填充从而更加密实，所以湿土法测得的最大干密度明显大于干土法。

由图4可见，同一种粗颗粒土混合料在相同的条件下，表面振动仪法的压实效果要优于振动台法。这说明表面振动仪法要略微优于振动台法，即表面振动(振动自上而下传递)要优于底部振动(振动自下而上传递)。另外，表面振动仪法更加便于操作，并且振动机理与现场压实较为相似，因此做粗颗粒土混合料最大干密度振动试验时，本文推荐使用表面振动仪法。图4中干土法与湿土法的试验结果表明，在干土条件下表面振动仪法振实效果更优，这也表明在没有水膜润滑的状态下振动台法所提供的振捣力不能对干土提供较好的振密作用。

3 粗颗粒土混合料路基压实度确定与分析

图4 两种振动方法结果对比

下面将现场所测最大干密度与实验室内所测最大干密度进行对比，以分析粗颗粒土混合料路基的压实度。为了使压实度值更有说服力，从京石客专正定段施工路基选取10个点进行土粒分析及密度试验(筛分结果见图5)，然后采用与现场10个土样相同的级配，配制试样，进行室内表面振动法最大干密度试验。现场与室内试验所得粗颗粒土混合料最大干密度结果对比如表2。