影响室内土工击实试验结果的几个问题

陈 华

(攀枝花天誉工程检测有限公司，四川攀枝花617023))

影响室内土工击实试验结果的几个问题

陈 华

(攀枝花天誉工程检测有限公司，四川攀枝花617023))

击实试验是工程试验检测土石填筑中不可缺少的标准试验项目,击实试验中的诸多因素都会影响击实试验的结果。文中介绍了几个影响因素对试验结果的影响分析。希望对现场压实度检测提供一些有实际意义的借鉴。

土工; 击实试验; 影响因素; 结果分析

压实度是控制现场填筑工程质量的重要技术指标。为了控制土的压实质量,需要对填料进行室内击实试验,测出土的最大干密度和最佳含水量。试验方法是取至少5份不同含水量的填料按照规定的击实功进行筒内击实，之后称重并测定含水率，以得出不同的干密度及含水量，通过绘出图表的方法得出土的最大干密度和最佳含水量。而在室内土工击实试验中,诸多细节因素影响着试验结果的准确度以及试验的成功率。笔者对近年公司大量的土工击实试验通过分析，分析了填筑土样的制备、含水率、余土高度对试验结果的影响。

1 击实试验方法标准

土的击实过程,实际是土颗粒和粒组在不排水条件下的重新组构过程。要将土压实,必须使其水分降低到饱和度以下,击实试验就是用标准的计时方法测定土的干密度和含水率的关系,从而确定土的最大干密度和最优含水量。由于工程的具体要求不同,所用的填筑材料也不尽相同。因此,选用的击实试验方法也不同。标准的室内击实试验主要分为轻型和重型两种(标准GB/T 50123-1999要求):轻型击实试验的试验方法是分3层填筑土样,每层锤击25次;重型击实仪器可以分3层填筑土样,每层锤击94次,也可分5层填筑土样,每层锤击56次。根据不同的填筑材料要选择不同的试验方法。轻型击实仪适用于最大粒径不超过5 mm的细粒土;重型击实仪5层击实适用于最大粒径不超过20 mm的土。重型击实仪3层击实方法适用于最大粒径不超过40 mm的土。具体的击实试验方法又包括干法和湿法2种。一般而言,对于高含水量的土宜选用湿法;非高含水量土则选用干法。主要原因是干法是将试样风干或低温烘干，之后碾碎过筛;湿法则是将天然含水率的试样碾碎过筛，高含水率土可省略过筛步骤 。试验显示对于高含水率土体而言,干法求得的最大干密度较湿法求得的最大干密度大，而最佳含水率则较小。形成原因主要是含水率高时要将大部分土团原结构破坏重新排列几乎不可能，而实际施工中的粉碎程度也很难达到风干或低温烘干过筛的程度，故将导致最大干密度大，最佳含水率小;而对于非高含水率的土体而言，因其相对易粉碎，故两种检测方法结果差别并不明显。因此对于高含水量的土体则适于湿法试验，若采用干法则无形中会提高对土基压实标准的要求，而在实际施工中则往往很难达到，最终必然导致检测不合格的假象，并会增加施工成本。具体的试验步骤详见相关标准：《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)或《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)。

2 试样的制备

试样制备方法不同将导致试验结果不同，通过对同一土样(昔格达土)对天然、风干、烘干状态下的击实结果分析见表1。

表1 同一土样三种状态击实试验结果

由试验结果可以看出:最大干密度以烘干土最大,风干土样次之,天然土样最小;最优含水率以烘干土样最小,天然土样次之,风干土样最大。烘干土对最大干密度的影响最大，由于在制备过程中土料事先烘干导致其散失基本的含水率而导致土体颗粒间封闭气泡随水分散失而消失，虽在击实土料制作时添加水份但在短时间形成的封闭气泡毕竟有限，而土体颗粒为承担击实功能的主体并导致土体发生永久性体积变化，最终得到较高的干密度; 同时烘干过程中的粉碎过筛处理将得到足够的细颗粒来填充粗颗粒间的孔隙而获得较高密实度。而湿法制料虽土料含有一定的水分，且在试验前经过适当的暴晒或风干处理，但其最终土样内保留了一定的含水率，因此土体内封闭气泡绝大部分得以保存，导致试验过程中很大一部分击实功由孔隙气承担而转化为孔隙压力，而击实时气泡体积减小也是短暂的，且在土体击实后的回弹量较大导致永久性变形较小，同时湿法制料过程中不易进行粉碎过筛处理，导致土体颗粒相对较大而不能填充大颗粒间孔隙，因此建议应尽量采用风干土样或天然土样。

3 试验方法的影响

相关试验规程中要求土体积不能高出击实筒顶面5～6 mm,此时土样接受总击实功相同,密度具有可比性,但由于不知每层装多少土才能使击实后体积符合规范要求,因此,常出现土超过或未达到筒顶高度,这部分土的高度称为余土高度。余土高度如果超过规范要求则试验必须重做,因此为了提高试验的成功率必须控制好余土高度。

(1)由击实最大影响深度理论公式H=(Wh/10)1/2,式中:

H为击实影响深度,m;W为击实锤重,kN;h为落距,m。可以计算出标准重型击实仪工作最大影响深度为(以标准GB/T 50123-1999中的筒高116 mm，余高6 mm计算)：

H=(4.5×9.8×0.001×0.457/10)1/2=0.0449 m=4.49 cm

每层击实高度约为(116+6)/3=40.07 mm=4.01 cm；

(以标准JTG E40-2007中的筒高120 mm，余高6 mm计算)：

H=(4.5×9.8×0.001×0.450/10)1/2=0.0445m=4.45cm

每层击实高度约为(120+6)/3=42.00 mm=4.20 cm；

通过两组数据的比较，每层的击实高度与计算出的标准重型击实仪工作最大影响深度相差不大，因此击实后一层对前面已击实各层无多大影响,前面各层体积不再变化,所以三层的装土量可以一致,从而可以预先估算每层该装多少土样。

(2)计算:根据我们大量的试验验证，重型击实小筒按三次装料，每次取约800～900 g土样，设质量为m1装入击实筒,击实后测量高度为h1;设高度为h2=4.20 cm(以标准JTG E40-2007中的筒高120 mm，余高6 mm计算),需装入质量为m2,则约得出：

m1/m2=h1/h2

讨论:当h1>4.20 cm时,则说明每层的填料加多了。因此,为使所装土样高度为4.20 cm,需取出多余土量的土;同理h1<4.20 cm时,需多加入一部分土。那么得出每层加入理论上的土量为m2=m1×h2/h1。

4 土体含水率的影响

土体含水率是影响土体压实效果的最为重要的因素，含水率过大或过小都不能使土体达到最为紧密状态。当土体内含水率较小则土粒表面的结合水膜较薄，而强结合水更少，土体颗粒间主要通过引力结合，因此其相对错动较为困难，并趋向于任意排列，因此其不易密实最终导致干密度值偏低，含水率增加则其结合水膜增厚，土体颗粒间排斥力增大，颗粒间存在的弱结合水膜将起到一定的润滑作用，易导致颗粒错动，颗粒将定向排列增多，其干密度也随之增大，而当含水率超过某限值则土体颗粒间引力仍减小，但颗粒间结合水膜承担了部分击实功，颗粒间的有效应力则减小。导致土体不易压实，随含水率继续增加只能导致密度降低。

5 结 论

通过上述简要分析可以得出以下结论: 在进行试样的击实试验时应尽量采用风干土样或天然土样；余土高度对于干密度的影响是不可忽略的,要严格控制余土高度,一般不超过6 mm为宜，在击实过程中每层土料质量尽量相等; 土体含水率也是影响土体压实效果的最为重要的因素，所以土样的含水量应适当。除了上述因素外,由于土样性质差异很大,要求操作人员在实际工作中,掌握试样的实际变化,试验人员一定要严格执行规范的要求,控制好试验条件,降低各种因素的影响,提高土的击实效果,从而测定出科学真实的指标数据,作为施工技术控制的准确依据。

[1] GB/T50123-1999土工试验方法标准[S].

[2] JTG E40-2007公路土工试验规程[S].

[3] 何建平.土工试验中存在的一些问题及建议[J].岩土工程界,2006(1):22-24.

[4] 赵树德． 土力学[M]． 北京: 高等教育出版社，2001.

陈华(1979～)，男，本科，高级工程师，从事工程试验检测工作。

TU411.2

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[定稿日期]2015-03-26