土工击实试验方法研究

土工击实实验方法的研究

击实实验是建筑物地基、道路地基、室内地坪及场地平整等施工和验收的重要依据。笔者基于工作中积累的实际操作经验,介绍击实实验的方法及其要点，对其进行研究，以期获得对施工有指导意义的数据。

1 研究土击实性的意义

用土作为填筑材料，如修筑道路、堤坝、机场跑道、运动场、建筑物地基及基础回填等，工程中经常遇到填土压实的问题。经过搬运未经压实的填土，原状结构已被破坏，孔隙、空洞较多，土质不均匀，压缩量大，强度低，抗水性能差。为改善填土的工程性质,提高土的强度，降低土的压缩性和渗透性，必须按一定的标准，采用重锤夯实、机械碾压或振动等方法将土压实到一定标准，以满足工程的质量标准。

研究土的填筑特性，常用现场填筑实验和室内击实实验两种方法。前者是在现场选一实验地段，按设计要求和施工方法进行填土，并同时进行有关的测试工作，以查明填筑条件（包括土料、堆填方法，压实机械等）与填筑效果的关系。该方法能反应施工的实际情况，但需时间和费用较多，只在重大工程中进行。室内土工击实实验是近似的模拟现场填筑的一种半经验性的实验。实验时，在一定条件下用锤击法将土击实，以研究土在不同击实功能下的击实特性，以便获取设计数值，为工程设计提供初步的填筑标准。该方法是目前研究填土击实特性的重要方法。[1]

2 土工击实实验方法

土工击实实验是研究土压实性能的基本方法，也是建筑工程必须实验的工程之一。实验采用击实仪法，即通过锤击使土密实，测定土样在一定击实功能的作用下达到最大密度时的含水量（最优含水量）和此时的干密度（最大干密度）。为了满足工程需要，必须制定土的压实标准。通常，工地压实质量控制采用压实度，计算式为：

K= ρ d / ρdmax

式中，k为压实度，% ；ρd为工地碾压的干密度，g/cm3。ρdmax为室内实验最大干密度，g/cm3 。

若k越接近100% ，则压实质量越高。对于受力主层或者重要工程K要求大些；对于非受力主层或次要工程，k值可小些[2]。

3 土工击实实验曲线

室内击实实验，击实功瞬时作用于土，土的含水量基本不变。在同一击实功作用下，一定范围内增加含水量，土的干密度增大，但含水量增加到一定程度后，土的干密度就变小。根据这一规律可以得到在一定击实功作用下含水量W与干

密度ρd 的关系。一般情况下细粒土的实验曲线（图1 ）呈抛物线型，曲线峰值即是土的干密度最大点，该点的干密度就是最大干密度ρdmax ，相应含水量为最优含水量W 0。而粗粒土的曲线没有细粒径土规则，有时候还会出现双峰值。

曲线峰值为最大干密度与最佳含水量交叉点，因此，准确地确定该点是击实实验的关键。如曲线不能给出峰值，应进行补点实验。

图1 击实实验曲线

4 最优含水量估算

土工击实实验前，首先可从土的液塑限值及筛分实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。此外轻型击实实验中，最优含水量接近土的塑限；重型击实实验最优含水量则小于土的塑限。表1示出公路工程中重型击实实验参考值[2]。 类别

液限（%） 最优含水量（%） 最大干密度（g/cm 3

） 砂类土

16~18 8~15 2.20~1.90 28~38 15~19 1.90~1.75 细粒土 38~48

19~25 1.75~1.60 ＞48 ＞25 ＜1.60 5 土工击实实验技巧

以估算最优含水量为第一点开始进行击实实验，逐步向曲线两边交叉进行击实实验。如估算最优含水量为20%，则第一击实点击17%含水量点，第二点及第三点分别击实23%和17%含水量点，以此类推。同时计算出干密度，并估算干密度曲线走势，若出现异常则适当调整，避免补充击实点。这样就可以较快的捕捉到曲线峰值，提高了实验的准确性和工效。对于直径小于5mm 的细粒土，可采用五层法进行击实实验。对于粗粒土，可采用三层法击实，击实筒内加放垫块。

6 细粒土和粗粒土的击实实验实例

6.1 细粒土的室内击实实验

颗粒组成百分比(%)

粒径大小（mm ） ＞2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.075 0.075~0.05 0.05~0.01 0.01~0.005

＜0.005 15.1

2.7 2.6 19.7 9.1 40.0 8.8 2.0

本实验以三明某工地坡积土为实验对象。此坡积土粘性较高，液限48.0%，塑限32.3%，塑性指数15.7。土的颗粒分布如表2所示。

表2 土地颗粒分布表

采用轻型击实，击实筒内径10.2cm，筒高11.6cm，筒容积947.4cm3。击实锤锤底直径51cm，击实锤质量2.5kg，击实锤落高30.5cm。各击实功为592.2kJ/ m3,土样分三层击实。每层土料的质量为约750g(其量可以使击实后试样的高度略高于击实筒的1/3)，每层25击, 击实后的每层试样的高度都大致相等，每层交接面的土面要刨毛。并且击实完成后，超出击实筒顶的试样高度要小于6mm。以5个为一组，采用湿法制备，每个试样测出的含水率和干密度见表3。

表3

根据以上5点绘制击实曲线，曲线上峰值点的纵横坐标分别代表最大干密度和最优含水率。如图2所示。

图2 击实实验曲线

6.2 粗粒土的室内击实实验

粗粒土通常是指块石、碎石（粒卵石）、石屑、石粉及砂砾石等粗颗粒组成的无粘性混合料，或者是粘性土中含有大量粗颗粒的混合土。本实验土料来自福州某工地，为砾石和砂的混合物。颗粒分布如表4所示

表4 土的颗粒分布表

采用重型击实，击实筒内径15.2cm，筒高12cm，筒容积2177cm3。击实锤锤底直径51cm，击实锤质量4.5kg，击实锤落高45cm。各击实功为2177kJ/ m3,土样分三层击实，每层98击。击实过程的注意事项与细粒土的击实相同。击实实验结果见表5。

根据以上5点绘制击实曲线，如图3：

图3 击实实验曲线

6.3细粒土与粗粒土的击实实验比较

6.3.1击实类型的选择

从以上两个实验可以明显看出，细粒土的击实采用轻型，粗粒土的击实采用重型。这是因为轻型击实适用于粒径小于5mm的细粒土，重型击实适用于粒径不大于40mm土。

6.3.2击实效果的对比

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。这是因为土的含水率较小时，结合水膜较薄，连结较牢，土粒不易移动，故难于击实；当含水率较大时，结合水膜较厚，土粒容易移动，但多余的水分不易排出，产生一定的孔隙水压力，抵消了冲击作用，阻碍了土粒的接近，故也难于击实。在最优含水率时，水膜厚度适中，土粒连结较弱，又不存在多余的水分，故易于击实，使土粒靠拢而排列紧密。但由于在迅速的冲击作用下，土中气体不能被全部排出，即无论如何击实，土的饱和度都达不到100%，击实曲线都位于饱和曲线的左边。