浅议采用表面振动压实仪与重型击实仪试验确定砾类土填料的标准干密度

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

连云港至霍尔果斯甘肃境瓜州至星星峡高速公路路基第4合同段，由新疆北新路桥集团股份有限公司承建。本标段路基填筑工程量大，填筑材料基本为砾类土，该类土属通过0.075mm颗粒含量小于15%的无粘性自由排水粗粒土，虽符合路基填料要求，但用重型击实仪法确定的颗粒标准干密度在施工现场压实度控制过程中，普遍存在着超密（排除重型振动机械碾压的超密）或假密现象，不能真实反映路基压实情况。为了保证路基填筑压实质量，在以砾类土为填筑材料时，采用何种试验方法，以及如何确定颗粒标准干密度，是本文探讨的中心课题。

砾类土填筑材料取样、主要参数及要求

取样时，尽力消除视力的、心里作用的及操作上的人为因素影响，使砾类土填筑材料具有充分代表性，是确保试验结果能真实地反映母体质量和各检测参数结果可比性的一个十分关键性问题。因此在整个试验过程中要求做到：在取土场取样，要从开挖全断面（不少于三个部位）由上而下进行取样，拌合均匀后四分法取＞150kg试样(击实法，表震法不少于250kg)；在室内须待试样风干后，将全部试样预先过5、20、40mm筛，然后再按四分法和其所占百分率称取筛分、密度（包括表观、表干和毛体积密度）、击实或表面振动等试验用试样的份数和质量（按JTG E40-2007《公路土工试验规程》所需份数和质量称量）。

筛分试验。由于砾类土中＞5mm石子较多，是很容易受人为因素影响造成较大的试验误差。为了尽量降低误差，一要采用预先过筛和四分法的综合取样方法称取试样；二要按照筛分试验要求认真测试砾类土的土性；三要分别计算含＞40mm颗粒（与击实比对取值）和剔除＞40mm石子后的颗粒组成状况；四要计算出5~20mm、20~40mm石子占＜40mm颗粒总质量的百分率。

石子毛体积密度试验。毛体积密度是包含固体、开口和闭口的密度，它是一个比较有难度的试验项目，特别是采用湿布擦干试件表面的尺度确实很难掌握，一旦试验结果不准确，将直接影响颗粒干密度的精度。所以做试验要非常认真、仔细，还可结合石子的吸水率和软弱颗粒含量等特征值，分析并准确测试石子的毛体积密度。

重型击实仪法颗粒标准干密度试验

依据《公路土工试验规程》T0131击实试验规定，严格说该法是不适应于砾类土填筑材料的，当须采用击实法测试砾类土不同含石率的颗粒干密度时，还应按T0133表面振动仪压实法进行比对，取其两种方法的最大值。

击实仪试验要求

选定重型击实仪湿法试验，＜40mm颗粒（包括＜5mm颗粒）均选定Ⅱ-2。

按照四分法取样规则和初步筛分比例，依据JTG E40-2007规程，称取不同含石率及不同含水率的试样。

由于锤击原因，当5mm以上石子在50%左右时，由于石子架空和相互拥挤，其破碎率随比增大，故应按击后实测石子质量计算含石率；为了保证试验的精度，还应分别取样测试＜5mm和＞5mm颗粒的含水率，按其颗粒实测百分率，采用加权法计算含水率，并以此结果求出各种含石率下的颗粒干密度。

不同含石率预配含水量按下式确定：

W=SWSP+KGP

式中：W表示不同含石率预配最佳含水率（上下按1.5%各浮动一个试样）；SW表示＜5mm土的最佳含水率；SP表示＜5mm土的含量（%）；GP表示5~40mm即石的含量（%）；K表示经验数，砾石取3.5，碎石取4.0。

表面振动仪压实法颗粒标准干密度试验

表面振动仪压实原理：振动夯板在试样表面做垂直振动压实被自上而下传播，颗粒棱角剪裁破碎后，颗粒位置重新排列，移动到相应于土工试验规格最大条件下的最稳定位置，从而土体得到压实。因而对于砾类土，采用表面振动仪压实法更贴近振动碾压工艺。

表面振动仪压实法易采用干法。这是因为湿法所测得的颗粒干密度略小于干法，究其原因是因为表面振动仪在振动过程中，由于筒底颠动加之湿试样在试筒中摩擦力小而造成颗粒干密度偏低。为了使表面振动仪压实法所测颗粒标准干密度做到准确可靠，提出以下几个排除试验误差的办法。

1、 仪器安装。由于振动器激振力可高达80kN，为避免颠动造成颗粒干密度偏低，仪器必须严格按照使用说明进行安装，特别是应注重8~10mm的橡胶垫和质量不少于500kg的底座。

2、 为了与击实仪法试验结果比对，本次表面振动仪压实法采用与击实仪法同批试样，且粒径和不同含石率的配制也与击实仪法相同。

3、 每种含石率试样配制应分成三等份，其中每份5~20、20~40mm含石率应按其所占百分率称取质量，分三次装入试筒中，每次装入量9000g。

4、 每层入筒试样，应尽量边轻轻敲打筒壁边整平试样，且大石尽量聚筒中部。

5、 由于试样受过程称量、入筒及振动等因素影响，振后总质量和含石质量均与原配量起了一定变化，故必须称取振后总质量和重新过5mm筛石子质量，计算含石率和颗粒干密度。

四、两种方法比较与颗粒标准干密度的确定

以上两种不同试验方法说明：①采用表面振动压实法所测得的颗粒干密度大于重型击实仪法。②当含石率接近或超过50%，石子破碎率随含石率的增加而越来越大，而且击实法的破碎率更大于表面振动压实法。③通过实测＜40mm颗粒干密度与经过修正系数修正后的＜40mm颗粒干密度比对，证明修正系数的关联性与重要性。④无论采用那种方法，试样含石率＜50%，含石率与颗粒干密度呈极相关的线性关系；当含石率＞50%，由于增加的石子空隙没有细颗粒填充，含石率与颗粒干密度则由线性关系转变为非线性关系。⑤通过上述关系得出，当路基填料含石率普遍＜50%时，颗粒干密度可以按线性关系式确定；当含石率≥50%且≤70%时，颗粒干密度则统一按修正系数法确定，同时应给出不同含石率所对应的修正系数表。⑥修正系数法计算出的颗粒标准干密度的误差小于回归法。

经反复试验认证，对于任何一个取土场或土质发生明显变化或砾类土上路填料发生异常时，都应及时取样复核试验，建立或重新建立修正系数。不同含石率所对应的修正系数则按式（1）建立，计算精度0.001。在所建立的关系式中，如果现场实测含石率处于室内实测含石率之间时，其它含石率的修正系数可按插入法求取。对应于不同含石率的颗粒干密度则按式（2）确定，计算精度0.001g/cm3。

βb1×(ρd1-ρd)-ρd×P1×(ρd1-βb1)

a = ---------------------------（1）

βb1×（1-P1）+ρd1×P1

βb1×（ρd-a×（1-P1））-ρd×βb1×a

ρd1 = ------------------------------------------ （2）

βb1×（1-P1）+ρd×P1

上两式中：a――修正系数；ρd――＜5mm颗粒干密度；ρd1――＜40mm颗粒干密度；βb1――5--40mm颗粒毛体积密度；P1――5~40mm含石率。

五、结论

综合以上试验结果整理及分析，提出如下几点结论意见：

对通过0.075mm颗粒含量＜15%的无粘性自由排水粗粒土的试样，一要做到取样尽量与工程填料一致，二要采用四分法和预筛百分率法称取各参数试样份数和质量；当试样中有＞40mm含石率时，应剔除并计算出其占总质量的百分率。

在整个试验过程中，应消除人为和机械因素的影响，采用加权法计算含水率；用击后或振后实测含石质量计算含石率和颗粒干密度；对于采用表面振动仪压实法，特别注意试筒剩余高的测试和仪器的安装质量，以避免影响测试结果。

无论是表面振动仪或是重型击实仪法试验，颗粒标准干密度都应做平行试验；当含石率＜50%，含石率与颗粒干密度呈极相关的线性关系；当含石率≥50%且≤70%，它们之间则由线性关系转变为非线性关系。

用砾类土作为路基填筑材料，应采用表面振动仪法测试；采用修正系数（a值）的方法确定对应于不同含石率的颗粒干密度；优先推荐＜5mm颗粒标准干密度修正系数法作为路基填筑压实度的主控方法。