含石量与最大干密度关系的试验研究

含石量与最大干密度关系的试验研究

作者：杜芳军何艳玲张志芳

来源：《城市建设理论研究》2012年第29期

摘要：分析新疆地区土石混填路基压实度检测方法，提出采用绘制不同含石量对应最大干密度回归曲线方法评价土石混填路基压实度，避免因填料粒径不均匀出现超密现象，对同类型工程有借鉴作用。

关键词：含石量最大干密度压实度阿喀高速公路

中图分类号：P731.13文献标识码： A 文章编号：

1、前言

新疆阿喀高速公路位于南疆地区，起点从新疆阿克苏市，终至喀什市，路线全长428.49公里， AK-3标段全长151.482公里。由于新疆地区的特殊地理环境，路基填料均采用周围戈壁滩上的天然砂砾料，该材料填筑的路基沉陷小，稳定性好，且易被压实，是一种较为理想的路基填筑材料，但是这种混合材料含石量、粒度、级配变化较大，与常用的细粒土路基填筑材料有较大差异。按交通部颁布的《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）规定的方法得到的标准干密度，对于土石混合料路基就不适用了。其原因是土石混合料中含石量的多少直接影响其密实度，当土石混合料骨料间的空隙能完全被细粒料填充时，在室内实验得到的标准干密度值随土石混合料含石量的变化而变化。在使用土石混合料填筑路堤时，填料的含石量变化很大，测得的土石混合料密度值呈离散型分布。如果按照《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）得到的标准干密度来控制路基填筑现场压实度，就会出现超密或压实度达不到规范要求的现象，这就会造成路基填筑质量的不稳定。采用土石混合料的含石量与土石混合料标准干密度关系曲线控制路基的压实度，可使压实度的检测数据更贴近实际值，反映出填筑材料的真实压实度，为指导施工和质量控制提供可靠依据。

2、填料的力学指标

选取Q10料场(K1373+000右600m)通过土工试验，填料土样工程力学指标如下表1：

表1Q10料场土的工程力学指标

按照《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）检测所检测项目结果符合《公路工程路基施工技术规范》（JTG F10-2006）要求，可以作为路基93区、94区、96区填料。

3、含石量——标准干密度的确定

根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）要求当粗粒组总含量大于40%时，还应用表面振动压实法做最大干密度试验，其结果与重型击实试验结果比较，最大干密度取两种试验结果的最大值。根据以往的经验我们取大于5mm孔径的颗粒含量为含石量，与混合料的百分比分别按照0%、30%、40%、50%、55%、60%的含石量分别对填料进行击实试验和表面振动压实试验。

3.1、试样的制备

因重型击实适用于粒径不大于40mm的土并为了使两个试验具有可比性。试验前我们筛除大于40mm的粗颗粒，剩余土样风干后过5mm筛分成两堆用于掺配不同的含石量。按照不同的含石量掺配好的试样按四分法准备击实试样2组，每组5个试样每个试样大约6kg，分别加入不同水分（按1%含水率递增），拌匀后闷料一夜备用；表面振动压实试验试样2组，每组3个试验每个试样大约10kg，加入足量的水分，即使试样中无自由水且振实过程中基本保持饱和状态，拌匀后闷料不少于半小时即可开始试验。

3.2、试验步骤

击实试验按三层装入试样，每层需试样约1700g左右。整平表面，并稍加压紧，然后按98击/层进行击实，击实时击锤自由垂直落下，锤迹均匀分布于土样面，第一层击实后，将试样层面拉毛然后再装入试样，重复上述方法进行其余2层土样的击实。击实完成后用修土刀齐筒顶细心削平试样，擦干净外壁后称量，准确至1g。

表面振动压实试验按三层填装试样，每层试样填装量宜使振毕试样等于或略低于筒高的三分之一。装好试样后放下振动器，振动6min。吊起振动器，吸去试样表面自由水。重复上述方法进行第二层和第三层试样振动压实。振动压实完毕后吸去试样表面及试筒边缘自由水，用游标卡尺测量试样表面距筒顶的高度。

3.3、试样结果

根据公式计算出不同含石量的最大干密度，分别建立含石量和最大干密度的关系图表如下：

表2不同含石量击实法和表面振动法得到的最大干密度

图1 击实试验含石量-最大干密度关系曲线图2 表面振动法试验含石量-最大干密度关系曲线

由数据可以看出相同的含石量表面振动压实法得出的最大干密度比重型击实法要大。我们选用表面振动压实法含石量—最大干密度关系回归方程Y=0.0032X+2.2022(其中X代表含石量单位%,Y代表干密度单位g/cm3)对现场压实度进行校验。

4、现场压实度检测

选取现场K1375+000~K1375+500路段，按30cm松铺厚度进行摊铺，按照要求的碾压次数碾压完成。分别在相近的地方按含石量—最大干密度标准关系回归方程和常规实验得出的最大干密度检测压实度。常规灌砂法检测压实度用灌砂法测定检测点湿密度ρ，测定试样含水量W。将全部试样过40mm筛，根据最大干密度校正公式ρdm ‘=1（（1-0.01p）

/ρdm+0.01p/ρw*GS）(ρdm ‘—校正后的最大干密度；ρdm—用粒径小于40mm土样试验所得出的最大干密度；P—试样中粒径大于40mm颗粒的百分率（%）；ρw—水在4℃时的密度

（g/cm3）；GS—颗粒大于40mm颗粒的毛体积比重)。根据常规击实试验得出的标准干密度ρ计算检测点的压实度。含石量—最大干密度回归方程法检测压实度在随机检测点处用灌砂法测定检测点试坑体积v，称取试坑内全部试样质量总重M，计算检测点的湿密度ρ。之后，用全部试样测定含水量W，将全部试样过40mm和5mm筛，称取5mm到40mm之间筛余量M．计算含石量。最后根据含石量与标准干密度关系回归方程计算出该含石量对应的标准干密度ρ，在根据最大干密度校正公式得出最大干密度，计算该检测点压实度。

将试验段的结果数据汇总如下表。其中碾压遍数为振动碾压遍数，方法1为用常规击实试验得出的标准干密度检测压实度的方法；方法2为用含石量——标准干密度关系回归方程检测压实度的方法。

表3不同碾压遍数用两种方法得到的现场压实度统计表

分析表3数据可知，对于含有大量砾类土的路基，采用常规的灌砂法检测压实度，由于标准干密度并不能代表填料的真实性，压实度检测值不能真实反映土基的压实情况，因此其评价结果是不合理的。而采用基于含石量——干密度曲线回归方程确定的检测点最大干密度，则能真实评价检测点的压实情况。

5、结论

通过含石量—最大干密度关系得出最大干密度试验并经过现场压实度检验结果分析，可得出以下结论：

对于用砾类土填筑的路基常规的标准干密度试验不能真实的反映现场压实度情况。采用基于含石量—干密度曲线回归方程确定的检测点最大干密度，能真实评价检测点的压实情况。本方法不仅适用于路基填筑，也适用于台背回填和路面基层、底基层填筑。采用本方法不仅消除