论文-基于标准击实试验中几个值得注意问题的分析

提高标准击实试验准确性的探讨 赵志惠（苏州市方正市政工程质量检测有限公司）

摘 要： 工程施工过程中，甚至还有一些检测单位的检测过程中，由于试验人员未能吃透规范规程，从而表现为主观随意性，造成因标准密度不准确而使压实度产生偏差，进而引起质量事故。文章提出了提高标准击实试验准确性的方法及在试验过程中容易忽视而又影响较大的几个问题进行了分析，提示了压实度产生偏差，进而引起质量事故的深层次因素，对广大公路、市政工程建设者及检测人员具有一定的参考价值。

关键词：标准击实试验 最大干密度 最佳含水量 问题分析

前言

土的人工压实是一种最古老而又最经济的方法, 其目的是为了改善土的工程性质, 以提高其抗剪强度, 降低其压缩性及渗透性, 满足工程的要求。土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有着密切的关系。当压实功能和压实方法不变时, 则土的干密度随着含水率的增加而增加, 当干密度达到某一最大值后, 含水率的继续增加反而使干密度减小, 此最大值称为最大干密度, 其相应的含水率称为最优含水率, 这是因为细粒土在低含水率时, 颗粒表面水膜薄、摩阻力大、不易压实。当含水率逐渐增大时, 颗粒表面水膜逐渐变厚, 其水膜的润滑作用也增大, 因而颗粒表面摩阻力相应地减小, 在外力作用下, 就容易压实。但当含水率超过某一含水率后, 土颗粒中孔隙内的自由水逐渐增多, 击实功能被自由水吸收也越多, 同时孔隙体积也变大。土粒相对地减少, 故干密度就相应降低。击实试验就是根据压实理论、模拟工地压实条件确定土的最大干密度及最优含水率的一种试验方法。填土路基的施工过程中, 现场的压实情况如何, 通常采用压实度 K 对其质量进行评价。现行规定的压实标准K 为

)?100 (K > K 0)------------------------------------------------------(1) K?(?d/?max式中：K为压实度 。

?d为现场路基填土压实实测干密度，g/cm3。

?dmax为由室内标准击实试验确定的最大干密度, g/cm3。

K0 为规范对路基填土所要求的最小压实度。

从式(1)可以看出最大干密度是评价填土压实标准中的一个重要的指标，它的大小直

接决定着现场填土的压实质量是否符合施工技术规范的要求 。因此 准确确定土的最大干密度、最优含水率是很重要的。而准确确定土的最大干密度需要选择合理的击实标准、恰当的土样制备方法、正确的试验方法、严格控制余土高度、采用 Excel 辅助或数学方法处理数据, 以便减少误差。

1 击实试验方法的选择

土的土的最大干密度和最优含水率随击实功能和击实条件而变化, 因此各国都对击实试验规定某一击实功能作为试验的标准。我国《公路土工试验规程》T0131-2007击实试验规定有轻、重两种击实标准，见表1。轻型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。重型击实试验适用于粒径不大于40的土。当土中最大粒径大于或等于40mm，并且大于等于40mm颗粒粒径的质量含量大于5%时，则应使用大尺寸试筒进行试验。大尺寸试筒要求其最小尺寸大于土样中最大颗粒粒径的5倍以上，并且击实试验的分层度厚度应大于土样中最大颗粒粒径的3倍以上。当细粒土中的粗粒土总含量大于40%或粒径大于0.005mm颗粒的含量大于土总质量的70%时，还应做粗粒土最大干密度试验，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。轻型击实试验适用于水库、堤防、铁路路基填土, 以及普通的住宅楼素土、灰土垫层; 而重型击实试验适用于高等级公路填土、机场跑道、强夯地基等夯击能量较大的填土工程。

表1 击实试验方法种类

试筒尺寸 锤质量(kg) 2.5 2.5 4.5 4.5 落高 内径高试样尺寸 高度体积3试验方法 锤底类别 直径（cm） Ⅰ-1 Ⅰ-2 Ⅱ-1 Ⅱ-2 5 5 5 5 每层层数 3 3 5 3 27 59 27 98 598.2 598.2 2687.0 2677.2 击实功（kJ/m） 3最大粒径(mm) 20 40 20 40 （cm） （cm） （cm） （cm） 30 30 45 45 10 15.2 10 15.2 12.7 17 12.7 17 12.7 12 12.7 12 997 2177 997 2177 数 击轻型 重型 2 标准击实试验要严格区分干土法和湿土法

土方路基施工检查压实度时，须先经室内标准击实试验得出最大干密度和最佳含水量，以工地上实测路基土的干密度占最大干密度的百分比得出压实度。实践证明，室内试验方法的不同，将直接影响最大干密度数值的科学性。

通常的室内标准试验均采用干法，即现场取样后，晾晒、粉碎、过筛、烘干、配水、击实。由于和正常的填筑程序——摊铺、晾晒、粉碎、翻拌、碾压相比，多了过筛这道程序，实际施工中土的粉碎很难达到室内试验过筛的程度，尤其对高液限粘土来说，把大部分土团原有结构破坏而重新排列几乎是不可能的，因而干法试验结果往往偏高。

反观湿法，现场取样后适当敲碎，拣去40mm以上土团，分别晾晒至不同含水量击实，

这个试验过程与实际施工过程较一致，击实的结果也较为客观。由于砂性土易粉碎，干法和湿法试验结果差异与粘性土相比不明显，因此，对于粘性土路基(包括石灰处理土)施工时，建议分别进行干、湿法标准击实试验，以便找出与实际情况相符，能够保证施工质量的科学合理的土方路基最大干密度。然而有些试验人员对本应按湿土法进行的击实试验却按干土法去做了，这样一来无形中提高了对土基压实标准的要求，而施工中实际上往往是达不到的，从而导致施工中压实度检测不合格的假像，从而延误了工程进度。

3 余土高度的影响

试样击实后, 一般会总有部分土超过筒顶高, 这部分土称为余土高度, 试验中由于余土高度不一 ( 有时筒未击满, 余土高度为负) , 试验数据分散, 而且随着余土高度增大,干密度偏小; 余土高度减小, 干密度偏大, 标准的击实曲线是指余土高度为零时的单位体积功能下的干密度和含水率的关系曲线。 余土高度应严格控制。 在《公路土工试验规程》T0131-2007中明确规定，小试筒击实后，试样高度不应高出筒顶面5mm，大试筒击实后，试样高度不应高出筒顶面6mm。 4 标准击实试验必须做平行试验

对于标准试验组数，本人认为只做一组最佳含水量和最大干密度来确定标准密度，有失公正性和真实性。我们知道标准密度是用来衡量现场压实度的尺度，要求具有足够高的精度，由于平行试验存在的误差，一组试验求得的标准值难以如实反映试样的实际情况，所以标准密度必须做平行试验，求其平均值作为现场检验的标准值。

我们曾经做了9次数量很有限的击实试验（皆是平行试验），并以此说明进行平行试验的重要性。试验资料统计如下,见表2：

试验 次数 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次 第7次 第8次 第9次 击实 组数 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 第一组 第二组 每组最佳 含水量（%） 14.5 14.7 13.9 13.8 14.1 13.8 14.2 14.6 14.4 14.2 14.8 14.7 14.4 14.4 13.6 13.8 15.1 14.7 每组最大干 最佳含水量 最大干密度 密度（ɡ/㎝3） 平均值（%） 平均值（ɡ/㎝3） 1.86 14.6 1.87 1.88 1.85 1.84 1.86 1.84 1.84 1.87 1.84 1.88 1.91 1.86 1.85 1.86 1.88 1.87 1.86 1.84 13.9 14.0 14.4 14.3 14.8 14.4 13.7 14.9 1.85 1.85 1.86 1.86 1.88 1.86 1.88 1.85 最大干密度偏差（ɡ/㎝3） 0.02 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.01 0.01 0.02 备 注 偏差超出要求， 从上述试验资料中，我们不难发现：

（1）可能由于统计样本数有限，平行试验标准密度偏差为“0”的没有，这同时也说明了平行试验存在的偏差带有普遍性，更应该做平行试验。

（2）平行试验标准密度偏差最大值为0.05g/㎝3，已超出相关规定（规范规定偏差值不得超过0.04g/㎝3），所以本次试验结果无效。如果不做平行试验的话，我们就不会发现也不可能发现有这么大的偏差值，试想只做一组试验，试验结果要么取到最大值要么取得最小值。若取最大值则无形中提高了对压实质量的要求，取最小值则又无形中降低了对压实质量的要求。这种取最大值或最小值作为“标准密度”的做法都不利于对工程质量的管理与控制。

（3）取平行试验标准密度的偏差值为0.01g/㎝3的话，我们不难推算出造成压实度的影响则为0.5个百分点左右；取平行试验标准密度的偏差为0.02g/㎝3的话，我们不难推算出造成压实度的影响则达到1.0个百分点左右??。这说明平行试验存在的偏差值对压实度结果值的影响是比较大的。另一方面也说明了做平行试验的必要性。

（4）平行试验是取两组结果值的平均值作为现场压实度检验的标准值，这样就可以平衡或减少偏差的影响，使压实度检测结果更贴近于实际，更客观公正。 5 试验数据的处理

根据《公路土工试验规程》T0131-2007的规定,以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,绘制干密度及含水率的关系曲线,曲线上的峰值点坐标分别为最大干密度和最佳含水率。如曲线不能绘制出明显的峰值点应进行补点或重做。但在实际试验当中存在两个问题：同一组试验数据，有人可以绘制出明显的峰值点 ，有人绘制不出明显的峰值点 ,这样导致不同的人在处理数据时对是否需要重做或补点有不同的判断 。同时 ，同一组试验数据 ，不同的人会绘制出不同的曲线 ，导致最大干密度和最佳含水率产生偏差，而这些误差正是我们在处理数据时应当设法避免的。笔者认为借助电子表格 Excel [2] 或采用冯忠居等提出的插值函数计算法 (三点二次插值法)[3]来处理室内标准击实试验数据比较合理，结果相对准确。

表3是实际工程中某路基填土的一组室内标准击实试验结果 ，其最大干密度在含水率w =10.0 %附近，下面以此为例分别借助电子表格Excel或采用冯忠居等提出的插值函数计算法 (三点二次插值法)来处理室内标准击实试验数据，数据见表3 。

表 3 击实试验结果 含水量 (%) 湿密度(g/cm3) 干密度 (g/cm3) 17.2 2.06 1.76 15.2 2.10 1.82 12.2 2.16 1.93 10.0 2.13 1.94 8.8 2.03 1.87 7.4 1.89 1.76