土的击实试验研究与应用

2017-01-21范秀丽

山西水利 2016年7期

关键词：土样摩擦力黏土

范秀丽

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

土的击实试验研究与应用

范秀丽

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

在从土的种类、试样制备、润滑剂、余土高度等方面对击实试验的影响进行了分析，以东山供水工程为例，简要分析了在工程实际中的应用过程，得出进行土的击实试验时应注意影响击实成果的各种因素，确保试验结果的准确性。

击实试验；土的种类；试样制备；余土高度；润滑剂

1 概述

在修筑堤坝、道路、机场、运动场、挡土墙及建筑物基础回填等过程中，必须对填土进行压实处理，经过压实后的填土，其抗剪强度得到了提高，填土的压缩性及渗透性均降低，从而使土的工程性质得到了较大改善，而为了控制土的压实质量，必须对填料进行室内击实试验。击实试验是通过模拟工地压实施工条件来确定土的最大干密度及最优含水率的一种试验方法，其试验结果的准确度对工程的质量和安全产生直接影响，而在击实试验的过程中其影响因素较多，因此对击实试验影响因素的研究具有重要意义。

2 试验过程

土的击实是指在重复性的冲击动荷载作用下，使土达到压密状态，在击实过程中，由于作用在土体上的击实功是瞬时完成的，这样就使土体内的气体排出，而保持其含水率基本不变，土块或土颗粒在击实功的作用下被移动靠近，土体内的孔隙体积就变小，从而土的密实度增大。土的干密度是反映土的压实程度的技术指标，它与土的含水率关系曲线，是在单位体积击实功能下的关系曲线。研究土的击实性，主要是为了揭示在击实作用下，土的干密度、含水率和击实功三者之间的关系和规律，从而选定合适的填土，以满足工程需要的土的干密度和与之相应的含水率。

2.1 试验方法选择

目前，国内常用的击实试验方法有两种：一是轻型击实，一是重型击实。粒径小于5mm的细粒土适用轻型击实试验，击实筒内径为102mm，筒高116mm，锤底直径51mm，击锤质量25kg，落高305mm，单位体积击实功约为592.2kJ/m3，分3层击实，每层25击；重型击实适用粒径为不大于20mm的土，击实筒内径为152mm，筒高116mm，锤底直径为51mm，击锤质量为45kg，落高为457mm，单位体积击实功约为2684.9kJ/m3，分5层击实，每层56击，若采用3层击实时，最大粒径不大于40mm，每层56击。

2.2 试样制备和试验步骤

试样的制备分为干法和湿法两种。具体制备方法及试验步骤见土工试验方法标准。

3 工程实例

以山西省东山供水工程项目为例，对该工程中的击实试验按土类不同进行分类对比，结果见表1。

表1 击实试验成果对比表

4 试验结果分析

4.1 土的种类对试验结果的影响

对粉土、粉质黏土和黏土三大类土进行了大量轻型击实试验。试验结果显示，粉土的最优含水率最小，黏土的最优含水率最大，粉质黏土的最优含水率居中；而最大干密度相反，粉土的最大，粉质黏土次之，黏土最小。其原因是土颗粒直径越小，比表面积就越大，从而获得的结合水膜就越厚，含水量也就越大。在击实过程中，土颗粒间的结合水膜承担的击实功越多，作用在土颗粒上的有效应力就越小，土越不易压实，干密度也就减小。而且对于粉土，当其黏粒含量（粒径＜0.005mm）含量小于3%时，击实试验效果不理想，其击实曲线呈波浪线形，无法确定土的最优含水率和最大干密度。另外，当试样中土粒径大于5mm的土质量超过试样总质量的30%时，对于轻型击实试验不适用，若试样中土粒径大于5mm的土质量不大于试样总质量的30%时，应对试样的最大干密度和最优含水率进行校正，否则试验结果就会有所失真。

4.2 试样制备方法的影响

对上述三种土采用风干或60℃以下烤干土，试验成果差别很小，而如用105～110℃的烘干土做试验，烘干土的最大干密度明显偏大，其最优含水率明显偏小，特别是黏土的结果差异更大，粉质黏土次之，粉土类不明显。造成此现象的原因主要是在土的烘干过程中破坏了黏性土的胶结性而造成的。因此，试验方法中规定土的击实试验应采用风干土进行试验。再者，在试验过程中，重复使用土样，所得试验成果对于高塑性黏土的影响较大，会得出偏大的干密度，其原因是由于土受到反复锤击，土颗粒易被破碎，改变级配，对于高塑性黏土，击实后土难以再粉碎，加水时不易浸透，故得出偏大的干密度。

4.3 润滑剂的影响

击实试验过程中，击实筒内壁和土样之间会产生摩擦力，在击实试验过程中，作用在土样上面的击实功，是克服摩擦力所做的功后的击实功，因此试验时在击实筒及护筒内壁均匀抹上一薄层润滑剂，可减少土体与击实筒壁间的摩擦力，也减少了克服摩擦力所做的功，增大了作用在土样上的击实功。再者土样含水率的大小对摩擦力也会产生影响，由于水本身具有润滑作用，当土样的含水率小时，击实过程中摩擦力就变大，而含水率大时，其摩擦力变小。这主要是由于当含水率较大时，土样中存在自由水，使筒壁与土样之间起到润滑作用。为了减少含水率大小对击实过程中摩擦力的影响，在击实试验时，一般在击实筒及护筒内壁要提前均匀涂抹一薄层凡士林，这样达到减少土体与筒壁间的摩擦力，而且脱模时也更为便捷。

4.4 余土高度的影响

试样击实后，由于试验人员在操作过程中的差异，会有部分土超过筒顶高，或达不到筒顶高度，超出或未达到部分均可称为余土高度，超出为正，未达到为负。由于标准击实试验得到的击实曲线是一定条件下的等单位功能曲线，即以击实筒容积为体积的条件下作用在土体上的击实功，如果余土超高，这样作用在特定条件下土体上的单位击实功就减少，相应得出的土的干密度就偏小；如果余土高度未达到筒顶高度，作用在土体上的单位击实功就变大，此时，由于击实后土体未达到筒顶高，须将土补齐到筒顶并击实，这样得到的土的干密度就明显偏大，可见，土的余土高度（包括未达到）对土的干密度影响极大。因此，为了控制人为因素造成的误差，试验标准中规定余土高度不应超过6mm；对于击实后土顶未达到筒顶没有提要求，但未达到者应重新试验。

5 实际工程应用分析

在工程建筑中，依据击实试验结果，设计的现场压实系数一般在0.93～0.97之间，但在实际施工检测中，压实系数大于1的现象时有出现。在现场素土压实过程中，由于素土较均匀，此种现象较少出现，如果出现，一般是由于土质不均或土中含有砾石所造成的；而在现场灰土压实过程中，这种现象经常出现，主要是由于现场灰土配比不均，一般土的比例大于设计要求比例时，这种现象就会频繁出现，如果灰的比例大于设计要求，则达不到设计要求的压实系数。因此，在施工实际中，现场施工应尽量控制好配料，以达到最佳施工效果，满足设计技术要求。