土工擊實(shí)試驗(yàn)方法研究

#/5土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)方法的研究擊實(shí)實(shí)驗(yàn)是建筑物地基、道路地基、室內(nèi)地坪及場(chǎng)地平整等施工和驗(yàn)收的重要依據(jù)。筆者基于工作中積累的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),介紹擊實(shí)實(shí)驗(yàn)的方法及其要點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行研究，以期獲得對(duì)施工有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)。研究土擊實(shí)性的意義用土作為填筑材料，如修筑道路、堤壩、機(jī)場(chǎng)跑道、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、建筑物地基及基礎(chǔ)回填等，工程中經(jīng)常遇到填土壓實(shí)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)搬運(yùn)未經(jīng)壓實(shí)的填土，原狀結(jié)構(gòu)已被破壞，孔隙、空洞較多，土質(zhì)不均勻，壓縮量大，強(qiáng)度低，抗水性能差。為改善填土的工程性質(zhì),提高土的強(qiáng)度，降低土的壓縮性和滲透性，必須按一定的標(biāo)準(zhǔn)，采用重錘夯實(shí)、機(jī)械碾壓或振動(dòng)等方法將土壓實(shí)到一定標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。研究土的填筑特性，常用現(xiàn)場(chǎng)填筑實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)兩種方法。前者是在現(xiàn)場(chǎng)選一實(shí)驗(yàn)地段，按設(shè)計(jì)要求和施工方法進(jìn)行填土，并同時(shí)進(jìn)行有關(guān)的測(cè)試工作，以查明填筑條件（包括土料、堆填方法，壓實(shí)機(jī)械等）與填筑效果的關(guān)系。該方法能反應(yīng)施工的實(shí)際情況，但需時(shí)間和費(fèi)用較多，只在重大工程中進(jìn)行。室內(nèi)土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)是近似的模擬現(xiàn)場(chǎng)填筑的一種半經(jīng)驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在一定條件下用錘擊法將土擊實(shí)，以研究土在不同擊實(shí)功能下的擊實(shí)特性，以便獲取設(shè)計(jì)數(shù)值，為工程設(shè)計(jì)提供初步的填筑標(biāo)準(zhǔn)。該方法是目前研究填土擊實(shí)特性的重要方法。[1]土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)方法土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)是研究土壓實(shí)性能的基本方法，也是建筑工程必須實(shí)驗(yàn)的工程之一。實(shí)驗(yàn)采用擊實(shí)儀法，即通過(guò)錘擊使土密實(shí)，測(cè)定土樣在一定擊實(shí)功能的作用下達(dá)到最大密度時(shí)的含水量（最優(yōu)含水量）和此時(shí)的干密度（最大干密度）。為了滿(mǎn)足工程需要，必須制定土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。通常，工地壓實(shí)質(zhì)量控制采用壓實(shí)度，計(jì)算式為：K=Pd/Pdmax式中，k為壓實(shí)度，％；Pd為工地碾壓的干密度，g/Cm3oPdmax為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)最大干密度，g/cm3。若k越接近100%,則壓實(shí)質(zhì)量越高。對(duì)于受力主層或者重要工程K要求大些；對(duì)于非受力主層或次要工程，k值可小些⑵。土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)室內(nèi)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，擊實(shí)功瞬時(shí)作用于土，土的含水量基本不變。在同一擊實(shí)功作用下，一定范圍內(nèi)增加含水量，土的干密度增大，但含水量增加到一定程度后，土的干密度就變小。根據(jù)這一規(guī)律可以得到在一定擊實(shí)功作用下含水量W與干

1.6密度

即是

優(yōu)含S

色1.6密度

即是

優(yōu)含S

色.：,區(qū)

蟀實(shí)駁含水率”）實(shí)駁圖1擊實(shí)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)最優(yōu)含水量估算土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)前，首先可從土的液塑限值及篩分實(shí)驗(yàn)中估算最佳含水量和最大干密度。一般來(lái)顆粒組成百分比說(shuō)，土中含粉粒徑大小、（m粒和黏粒愈多，塑性指數(shù)〉~.????<愈大，最優(yōu)含水量愈大。因此，一般砂性土壤的最優(yōu)含水量小于黏性土，最大干密度大于黏粒土。細(xì)粒土的最優(yōu)含水率一般在塑限附近，約為液限的0.55~0.65倍，而砂土的情況有些不同，視其含水狀態(tài)而定。此外輕型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)中，最優(yōu)含水量接近土的塑限；重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)最優(yōu)含水量則小于土的塑限。表1示出公路工程中重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)參考值［2］。表1土的最優(yōu)含水量和最大干密度的參考數(shù)值表類(lèi)別液限（）最優(yōu)含水量（）最大干密度（ ）砂類(lèi)土?~????細(xì)粒土???〉〉<5土工擊實(shí)實(shí)驗(yàn)技巧以估算最優(yōu)含水量為第一點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，逐步向曲線(xiàn)兩邊交叉進(jìn)行擊實(shí)實(shí)驗(yàn)。如估算最優(yōu)含水量為20%，則第一擊實(shí)點(diǎn)擊17%含水量點(diǎn)，第二點(diǎn)及第三點(diǎn)分別擊實(shí)23%和17%含水量點(diǎn)，以此類(lèi)推。同時(shí)計(jì)算出干密度，并估算干密度曲線(xiàn)走勢(shì)，若出現(xiàn)異常則適當(dāng)調(diào)整，避免補(bǔ)充擊實(shí)點(diǎn)。這樣就可以較快的捕捉到曲線(xiàn)峰值，提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和工效。對(duì)于直徑小于5mm的細(xì)粒土，可采用五層法進(jìn)行擊實(shí)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于粗粒土，可采用三層法擊實(shí)，擊實(shí)筒內(nèi)加放墊塊。細(xì)粒土和粗粒土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)例細(xì)粒土的室內(nèi)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)以三明某工地坡積土為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。此坡積土粘性較高，液限48.0%，塑限32.3%，塑性指數(shù)15.7。土的顆粒分布如表2所示。表2土地顆粒分布表采用輕型擊實(shí)，擊實(shí)筒內(nèi)徑10.2cm,筒高11.6cm,筒容積947.4cm3。擊實(shí)錘錘底直徑51cm,擊實(shí)錘質(zhì)量2.5kg,擊實(shí)錘落高30.5cm。各擊實(shí)功為592.2kJ/m3,土樣分三層擊實(shí)。每層土料的質(zhì)量為約750g（其量可以使擊實(shí)后試樣的高度略高于擊實(shí)筒的1/3）,每層25擊,擊實(shí)后的每層試樣的高度都大致相等,每層交接面的土面要刨毛。并且擊實(shí)完成后，超出擊實(shí)筒頂?shù)脑嚇痈叨纫∮?mm。以5個(gè)為一組,采用濕法制備,每個(gè)試樣測(cè)出的含水率和干密度見(jiàn)表3。表3干密度與含水量數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)次數(shù)含水量（）干密度（）根據(jù)以上5點(diǎn)繪制擊實(shí)曲線(xiàn),曲線(xiàn)上峰值點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)分別代表最大干密度和最優(yōu)含水率。如圖2所示。圖2擊實(shí)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)圖2擊實(shí)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)粗粒土的室內(nèi)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)粗粒土通常是指塊石、碎石（粒卵石）、石屑、石粉及砂礫石等粗顆粒組成的無(wú)粘性混合料,或者是粘性土中含有大量粗顆粒的混合土。本實(shí)驗(yàn)土料來(lái)自福州某工地,為礫石和砂的混合物。顆粒分布如表4所示表4土的顆粒分布表顆粒組成百分比粒徑大小（）〉~~~~~<采用重型擊實(shí)，擊實(shí)筒內(nèi)徑15.2cm,筒高12cm,筒容積2177cm3。擊實(shí)錘錘底直徑51cm,擊實(shí)錘質(zhì)量4.5kg,擊實(shí)錘落高45cm。各擊實(shí)功為2177kJ/m3,土樣分三層擊實(shí),每層98擊。擊實(shí)過(guò)程的注意事項(xiàng)與細(xì)粒土的擊實(shí)相同。擊實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。表5干密度與含水量數(shù)據(jù)表?yè)魧?shí)次數(shù)含水量（）干密度（ ）最優(yōu)含水量（）最大干密度（ ）根據(jù)以上5點(diǎn)繪制擊實(shí)曲線(xiàn),如圖3：根據(jù)以上5點(diǎn)繪制擊實(shí)曲線(xiàn)，如圖3：圖3擊實(shí)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)細(xì)粒土與粗粒土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)比較擊實(shí)類(lèi)型的選擇從以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以明顯看出,細(xì)粒土的擊實(shí)采用輕型,粗粒土的擊實(shí)采用重型。這是因?yàn)檩p型擊實(shí)適用于粒徑小于5mm的細(xì)粒土，重型擊實(shí)適用于粒徑不大于40mm土。擊實(shí)效果的對(duì)比細(xì)粒土的最優(yōu)含水率一般在塑限附近,約為液限的0.55~0.65倍。這是因?yàn)橥恋暮瘦^小時(shí),結(jié)合水膜較薄,連結(jié)較牢,土粒不易移動(dòng),故難于擊實(shí)；當(dāng)含水率較大時(shí),結(jié)合水膜較厚,土粒容易移動(dòng),但多余的水分不易排出,產(chǎn)生一定的孔隙水壓力,抵消了沖擊作用,阻礙了土粒的接近,故也難于擊實(shí)。在最優(yōu)含水率時(shí),水膜厚度適中,土粒連結(jié)較弱,又不存在多余的水分,故易于擊實(shí),使土粒靠攏而排列緊密。但由于在迅速的沖擊作用下,土中氣體不能被全部排出,即無(wú)論如何擊實(shí),土的飽和度都達(dá)不到100%,擊實(shí)曲線(xiàn)都位于飽和曲線(xiàn)的左邊。而粗粒土情況有些不同，當(dāng)土處于風(fēng)干狀態(tài)（含水較少）下時(shí)，由于少量水的潤(rùn)滑作用，土粒間的阻力較小，故易于移動(dòng)和壓實(shí)。但含水稍濕時(shí)，由于具有微弱的毛細(xì)水連結(jié)，土粒間移動(dòng)所受阻力較大，不易被擠密壓實(shí)，干密度不大。當(dāng)含水較多時(shí)，土中毛細(xì)水連結(jié)消失?？紫吨械乃饾?rùn)滑作用，又不多占孔隙，沖擊時(shí)土粒易于移動(dòng)，能使土得到較高的干密度。擊實(shí)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)土的均勻性取樣時(shí)樣品的均勻性不好控制，如果取樣不準(zhǔn)，即使其他方面控制的多么準(zhǔn)確，最終的擊實(shí)數(shù)據(jù)也是不可靠的。所以取樣一定要認(rèn)真細(xì)致，確保試樣能夠代表母體。對(duì)于中粗粒土，必須嚴(yán)格用四分法將試樣縮分至需要的總數(shù)量，然后再分成5個(gè)試樣，每個(gè)試樣6kg左右。這5個(gè)試樣要代表原土樣的實(shí)際級(jí)配，不能因粗細(xì)顆粒離析而影響試樣的均勻性。否則，由此引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)變異大，無(wú)規(guī)律，擊實(shí)曲線(xiàn)無(wú)峰值或呈波浪線(xiàn)等。重型和輕型的選擇輕型和重型的核心區(qū)別是輕型擊實(shí)的單位體積擊實(shí)功小，重型大約為輕型的4.5倍。因此，在相同含水量下，由于重型的單位體積擊實(shí)功大，對(duì)土體結(jié)構(gòu)破壞力強(qiáng)，土體被壓得更密實(shí)，濕密度大，相應(yīng)干密度也更大。由于曲線(xiàn)上5個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)存在同樣原因，重型實(shí)驗(yàn)得出的最大干密度大于輕型。因此檢測(cè)單位接受委托時(shí)，應(yīng)根據(jù)客戶(hù)意愿和現(xiàn)場(chǎng)土樣綜合確定采用何種擊實(shí)方法。土工壓實(shí)度報(bào)告在引用擊實(shí)報(bào)告干密度和最優(yōu)含水量數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注明擊實(shí)報(bào)告編號(hào)或明確何種擊實(shí)，以便于對(duì)結(jié)果的判讀與理解。干法和濕法《公路規(guī)范》條文說(shuō)明中注明，大量實(shí)驗(yàn)證明：干法和濕法求得的結(jié)果有很大差別，對(duì)于最大干密度，前者大后者小；對(duì)于最優(yōu)含水量，前者小后者大。既然兩者有很大差別，在擊實(shí)報(bào)告中應(yīng)明確注明是干法還是濕法，以利