含石量与最大干密度关系的研究

2014-04-17司英鹏

科技视界 2014年22期

司英鹏

（甘肃省远大路业集团有限公司，甘肃兰州 730000）

1 工程概况及设计要求

目前，在我国的绝大多数高速公路的建设中，主要采用的筑路材料是结合料。由于结合料的种类较多，因此我国对公路基层的工程设计制定出了一定的标准。在相关的公路路面基层施工技术标准中，对于基层、底基层的结合料有着严格的要求，即基层压实度必须控制在98% 以上，并且底层的压实度必须达到一定的标准。只有满足工程的要求，才可以开始下一个环节。结合料是指将碎石、砂砾与胶凝材料组合在一起的混合物，由于这些材料的种类不同，在直径、大小上会存在较大差异，而且组成它们的矿物也存在着区别。因此，在贮存、装卸、称量一系列过程中，结合料会出现分层离析现象，影响到工程的施工。所以，要使结合料均匀地组合在一起，就必须控制好压实度。压实度的控制与含石量、以及最大干密度都有关。在一些工程建设中，有关规定指出，压实度是一个具体的数值，是在实测干密度与标准击实试验所得的最佳含水量所对应的最大干密度一个值的比值。研究此课题，有利于探讨出含石量与最大干密度之间的关系，确定好压实度，防止出现压实度存在不够和超10%等等不好的现象。一旦没有控制好压实度，可能会造成停工处理、返工等负面影响。在满足其它条件的情况下，粒径在方孔筛4.75 以上的含石量能够筛选出最大干密度。这个过程中含石量对压实度起着决定性作用，所以，在保证足够强度的前提下，通过不同含石量对应的最大干密度来计算实际的压实度，可以及时辨别出结合料压实度不够以及低于10%的情况，保证工程的施工质量。

本文研究的工程实例是新疆阿喀高速公路。这条公路地处南疆，起点在新疆阿克苏市，终点是喀什市。它是一条比较长的公路，路线全长428.49 公里，AK-3 标段全长151.482 公里。对比中国的其它地区，新疆的地理特征十分明显，使用的路基填料比较特别，采用的是戈壁滩上的天然砂砾料。这种材料有一定的优势，但也存在着相当大的局限性。用这种材料可以保证填筑的稳定性，它的粘合性强，易被压实，是新疆地区一种很好的压实材料。唯一不足的是，它的含石量、粒度、级配变化较大，与一般的路基填筑材料相差悬殊。交通部颁布《公路土工试验规程》，规定施工单位必须特定的方法来得到标准干密度，这种材料如果按照交通部规定的方法来使用，将不能适用于土石混合料路基中。具体是因为，在土石混合料中，直接影响其密实度的因素是含石量。当填充好土石混合料骨料间的空隙，室内实验得到的标准干密度值就会不断发生改变，这种干密度的改变受含石量的影响。尤其是在使用土石混合料的情况下，填料的含石量变化更为明显，最终可以将土石混合料密度值变化用图表表示出来，结果为离散型。如果将路基填筑现场压实度按照《公路土工试验规程》中的标准干密度进行控制，则会导致失误，出现压实度不合格或“超密”的现象。这样，大大降低了路基的质量，影响工程的安全性。为了使检测出的压实度接近实际值，可以利用土石混合料中的标准干密度和含石量的关系数据。这样压实度的控制才会更加合理、科学，满足实际要求，路基的施工才能顺利进行。

2 试验分析

2.1 试样的制备

为了使两个试验的结果更加明显，增强对比。在进行试验之前，一些大于40mm 的粗颗粒都被我们从实验中清除，而剩余土样风干后过5mm 筛分成两堆，分别加入不同的含石量进行掺配。然后将掺配好的样品，按四分法准备击实试样两组。每组应该分配5 个试样，并且每个试样的量要满足规定的标准。接着分别在试样中加入不同量的水分，按递增的量加入，拌匀后闷料一夜备用；另外，要准备2 组表面振动压实试验试样，同样要对它们进行分组取样，每组3 个试验，每个试样在10kg 左右。同理，要加入适量的水分。在搅拌匀后，闷料不少于半小时进行试验。

2.2 试验步骤

按照一般试验流程，击实试验要先按三层装入试样，每层需试样大约1700g，试验的量必须保持一致。接着将表面压平实，然后按98击/层进行击实。在击实的时候，要特别注意，保持击锤自由垂直，这样才不会出现错误。锤迹均匀分布于土面，第一层击实后，将试样层面拉毛然后再装入试样，按照同样的方式击实其余的两组。完成后，要削平试样，清洁后进行称量。值得注意的是，表面振动压实试验按三层填装试样，试样的装填量必须低于筒高，这样才能保证测量的准确性。装好试样后需要振动6 分钟。最后还需吸取试样表面的水分，同样对进行第二层和第三层试样振动压实。一切工作完成后，要使用游标卡尺测量试样表面与筒顶之间的距离，方便记录数据。

2.3 试样结果

从得到的数据来看，计算出不同含石量的最大干密度是一件非常简单的事情，只需要通过理论公式进行计算。根据不同含石量的最大干密度，可以发现：在含石量相同的情况下，表面振动压实法得出的最大干密度大于重型击实法。为了进一步保证结果的可靠性，可以通过回归方程再次检验，直到结果贴近实际。

2.4 现场检验

接着，将现场的压实度与试验的结果进行比较，取现场的一段路线，按要求摊铺松铺厚度，并且进行一定程度的碾压。在距离不远的位置，可以利用含石量—最大干密度标准关系回归方程以及常规实验计算出的最大干密度，检测出压实度的大小。通过常规击实试验，可以得出一个标准干密度，暂且将它设置为一个未知数ρ，然后分别对各个检测点的数据进行记录。整理与分析得到的数据，可以明显观察出，对于一些砾类土含量高的路基，为了保证结果的准确性，最好采用常规的灌砂法来检测压实度。这种方式存在着一定缺陷，标准干密度与填料的真实性相差甚远，压实度检测值不能体现出土基真正的情况，评价结果会脱离实际。值得肯定的是，通过基于含石量—干密度曲线回归方程，来确定检测点的最大干密度，是最合理、科学的，它在在实际中的应用最为广泛。

2.5 结论

在处理土石混合料中的标准干密度与含石量的关系后，最大干密度就容易计算出了。同时，在现场对压实度进行测量分析，以此分析论断：由于使用砾类土填筑作为路基，并且按照常规标准干密度进行检测，现场压实度不能体现出实际情况。但是，通过含石量一干密度曲线回归方程可以得出最大干密度，确保数据的真实性、准确性。其方法不仅仅能用于路基填筑，还能适用于多种基层填筑。从而避免出现砾石含量变化造成的虚假“超密”状况，还能揭露砾石含量变化引发的压实度假合格本质，本结论对相同类型的工程有着重要的借鉴意义，还能提高施工的质量，如路面基层、台背填砂砾等。