公路土工试验拟定最佳含水量初探

包发林

摘 要：公路土工试验是整个公路试验中非常重要的一个部分，土工试验能够对公路工程的设计和施工起到非常重要的指导作用。作为指导和控制路基施工压实质量标准的最佳干密度和最佳含水量，土工击实试验最佳含水量的拟定准确与否，直接关系到工程的质量。本文根据施工实践，讲述了土工试验中含水量的相关问题。

关键词：公路土工试验 最佳含水量

引言：土石方填筑工程中，土石方填筑的密实程度，是一项重要的技术指标，而衡量该指标的标准数据—标准干密度及最优含水量，则是由室内土工击实试验获得。土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有密切关系，当压实功能和压实方法不变时，土的干密度随含水量而增加；当干密度达到某一最大值后，其含水量的继续增加反而使干密度减少。这一最大值称为最大干密度，相应的含水量称为最优含水量。

一、土的内在特性与最佳含水量

作为指导和控制路基施工压实质量标准的最佳干密度和最佳含水量，土工击实试验最佳含水量的拟定准确与否，直接关系到工程的质量。曾有人以天然含水量作为拟定最佳含水量的参照依据，而天然含水量随自然环境天气的变化而不同，同一土质、同一取土场的土会因天然含水量的不同得出不一样的、甚至相差甚远的标准干密度和最佳含水量，是不准确的。各类土有其本质特性，标准干密度和最佳含水量应顺应土的内在特性，才能真正做到标准，确保路基工程质量。文章在分析最佳含水量特点的基础上，提出精确测定土的塑性指标和土粒比重，以土的塑限含水量和路基设计常规或施工时应达到的稠度为参照和判别，并以最佳最大干密度和土粒比重按饱和度公式验算击实曲线峰值点的饱和度，可优化最佳含水量的拟定。

二、最佳含水量特点分析

1、最佳含水量的拟定

土工击实试验前，首先可从土的液塑限值及筛分试验中估算最佳含水量和最大干密度。一般来说，土中含粉粒和黏粒愈多，塑性指数愈大，最优含水量愈大。因此，一般砂性土壤的最优含水量小于黏性土，最大干密度大于黏粒土。细粒土的最优含水率一般在塑限附近，约为液限的0.55～0.65倍，而砂土的情况有些不同，视其含水状态而定。此外轻型击实试验中，最优含水量接近土的塑限；重型击实试验最优含水量则小于土的塑限。确定材料的路基强度和稳定性，与水含量和压实度有关，公路建设实践经验表明，处于干燥或中湿状态的路基，其强度和水稳性得到了有效的保持。为了准确拟定最佳含水量，除了准确测定土的塑性指标外，土粒比重的准确测定，是又一个有效手段，它关系到土在压实后饱和度是否合理的问题。

当所拟定的含水量使固定的击实功能最大限度地使土颗粒挤紧并使土体饱和度达到100%，同时土颗粒间无自由水存在时峰值就会出现。这是我们理想中的土体最佳压实状态。然而，由于试验操作人员对含水量预估的偏差、固定击实功能的所限等诸多因素的影响，我们往往得到的最佳含水量和最大干密度状态的土其饱和度只是一个近似值，约为90%左右。那么如何拟定符合要求，使土体出现“四最”的最佳含水量呢？由于击实曲线峰值点的土体有此“四最”，其对应的含水量才被称之为“最佳含水量”。同样的土质、同样的击实功能，仅含水量不同，在峰值点的含水量的土体拥有“四最”，显然水在其中起了至关重要的作用——对土的易压缩性产生了“催化”作用。这时候的土颗粒被一层足够厚的与土质本身特性有关的水膜包裹着，水膜使土颗粒间引力变小，水膜的润滑作用使土粒在外部击实功的作用下比较容易移动、挤紧，土的内摩阻力、粘聚力、抗变形能力、抗剪强度提高，从而使路基水稳性和强度增强。

2、土工标准击实试验。

土是由固态、液态、气态组成的三相体，即土由土颗粒、水、空气三种相态组成。三相体的土在夯实作用下，其含水量几乎不变，压实过程实质是气体排出、体积减小、饱和度增加的过程。当土的含水量过大时，外力不能直接作用于土粒，只能传给土粒周围的水分和被封闭的空气，因此消耗再大的夯实功也很难改变土粒的原本状态，致使不能有效地增大密实度；反之，土粒含水率过小，其粘聚性差，不能成型，亦不能增大密实度。一般情况下，土中气体不可能全部排出，即饱和度很难达到100%。土工标准击实试验是在模拟现场施工机械和施工方法等条件下，找出填料的最大干密度和相应的最佳含水量，再结合现场填料实测干密度，从而得出填土层的压实度（压实度等于每层压实后填料的实测干密度（P）与最大干密度（Pmax）的比值），以便用压实指标控制现场施工。土工标准击实试验是道路基层施工中的重要参数，其试验的试验方法就是取5份或5份以上不同含水量的填料试样，然后按规定的击实功分别进行试筒内击实。土的击实过程，实际上是土颗粒和粒组在不排水条件下的重新组构过程。欲将土压实，必须使其水分降低到饱和度以下。击实试验，就是用标准的击实方法测定土的干密度与含水率的关系，从而确定土的最大干密度及最优含水量。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。

三、击实试验注意事项

1 、土的均匀性

取样时样品的均匀性不好控制，如果取样不准，即使其他方面控制的多么准确，最终的击实数据也是不可靠的。所以取样一定要认真细致，确保试样能够代表母体。对于中粗粒土，必须严格用四分法将试样缩分至需要的总数量，然后再分成5个试样，每个试样6kg左右。这5个试样要代表原土样的实际级配，不能因粗细颗粒离析而影响试样的均匀性。否则，由此引起的试验结果数据变异大，无规律，击实曲线无峰值或呈波浪线等。

2、重型和轻型的选择

轻型和重型的核心区别是轻型击实的单位体积击实功小，重型大约为轻型的4.5倍。因此，在相同含水量下，由于重型的单位体积击实功大，对土体结构破坏力强，土体被压得更密实，湿密度大，相应干密度也更大。由于曲线上5个试验点存在同样原因，重型试验得出的最大干密度大于轻型。因此檢测单位接受委托时，应根据客户意愿和现场土样综合确定采用何种击实方法。土工压实度报告在引用击实报告干密度和最優含水量数据时应注明击实报告编号或明确何种击实，以便于对结果的判读与理解。

3、干法和湿法

《公路规范》条文说明中注明，大量试验证明：干法和湿法求得的结果有很大差别，对于最大干密度，前者大后者小；对于最优含水量，前者小后者大。既然两者有很大差别，在击实报告中应明确注明是干法还是湿法，以利于对报告的判读和应用。对于高含水量的土采用湿法比较符合实际，如仍按干法做击实试验，无形中增加了对地基压实难度，甚至根本达不到规范要求的压实度。

结语

在固定击实功能和相同土质的前提下，最佳含水量时的土体所含的水份是使土体获得最佳压实状态的“催压剂”。土体在该含水量下的压实，呈现干密度最大；孔隙比最小；饱和需水量最小；含水量最趋近于土体在最大干密度下饱和时含水量的特点。精确测定土的塑性指标和土粒比重，针对路基常规设计要求的综合了土的塑性特性的稠度值，采用塑限含水量作为拟定最佳含水量的参照依据，并以土粒比重和最大干密度按饱和度公式验算，能够优化最佳含水量的拟定，获得更为准确的最佳含量。

参考文献：

[1] 水泥搅拌桩加固高速公路高含水量深厚软基现场试验研究. 高明生，唐彤芝，赵维，炳袁宏义. 江苏省公路学会优秀论文集（2006-2008）