砂砾材料最大干密度的确定及压实度检测方法

砂砾材料最大干密度的确定及压实度检测方法李俊章二0一七年八月二十日一、引言G85彭大高速公路由于地区特殊，属于陇东地区黄土特性，为充分贯彻执行黄土地区路基设计指南，设计图纸在填方路基采取强夯、冲击碾压、隔水墙、灰土挤密桩等设计措施对路基进行针对性处治，部分路基要求采用天然砂砾换填，路基填料均采用周围山坡和河道的天然砂砾，该填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，但在此类路基施工中，对路基进行分层压实进行压实度检测时经常会遇到检测的实际密实度大于或等于该填料的最大干密度，即所谓的“超百”现象。分析导致这一现象的主要因素，是因为由于风化程度不同而形成填料中含石率，填料中石粒质量同干土质量的比，与标准击实试验土样的含石率不一致所造成。为准确地检测现场实际压实度，提出并实施了在进行标准击实试验取样时，就别取得不同含石量的土样，分别制备不同含石率的土样进行标准击实，通过统计计算得出含石率同土样最大干密度之间的关系曲线。在现场路基压实度检测的同时测定土样含石率，根据曲线找到对应的最大干密度标准值，这样根据相关数据得出的压实度就具有更高的真实性、准确性和可靠性。二、确定砂砾含石量的最大干密度的方法1、试样制备：因重型击实适用于粒径不大40mm的土并未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过5mm筛，分成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工作，每组5个试样每个试样大约6kg，分别加入不同的水分按2%含水率递增，拌匀后闷料一夜备用。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，然后按照98击1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，檫干净外壁后称量准确至1g。标准击实试验结果表1样品最大干密度最佳含水率（%）含石量（%）12.246.92022.296.13032.335.74042.354.85052.383.9603、试样结果处理：根据公式计算出不同含石量的最大干密度;如图1，其数据可以看出含石量表面振动压实法得出最大干密度，其回归方程：Y=0.0015X+2.281667。备注：Y=最大干密度；X=含石量；现场检测路基密实度时，就可以通过此曲线找到相应含石率对应的最大干密度。如图1;三、施工现场压实度的检测1、在试验地点,选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积。2、将基板放在平坦表面上，当表面的粗糙度较大时，则将盛有量砂的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，将灌砂筒的开关打开,让砂流入基板的中孔内，直到储砂桶内的砂不再下流时关闭开关。取下灌砂筒，并称量筒内砂的质量，准确至1g。3、取走基板，并将留在试验地点的量砂收回，重新将表面清扫干净。4、将基板放回清扫干净的表面上(尽量放在原处)，沿基板中孔凿洞（洞的直径与灌砂筒一致）。在凿洞过程中，应注意不使凿出的材料丢失，并随时将凿松的材料取出装入塑料袋中，不使水分蒸发。也可放在大试样盒内。试洞的深度应等于测定层厚度，但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出。对土基或基层，为防止试样盘内材料的水分蒸发，可分几次称取材料的质量。准确至1g。5、从挖出的全部材料中取有代表性的样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量。样品的数量如下：用小灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于100g；对于各种中粒土，不少于500g。用大灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于200g；对于各种中粒土，不少于1000g；对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定材料，宜将取出的全部材料烘干，且不少于2000g，，称其质量，准确至1g。6、将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间（储砂筒内放满砂到要求质量），使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。仔细取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量，准确至1g。7、如清扫干净的平坦表面的粗糙度不大，也可省取2和3的操作。在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间，不需要放基板。打开筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。仔细取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量，准确至1g。8、仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用。若量砂的湿度已经发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛。四、施工现场的数据对比砂砾填料材料在施工现场中压实度检测的，和普通击实的对比：如下表所示：现场压实度检测表2测点干密度最干密度压实度含石量最大干密度压实度12.292.29100602.3796.622.262.2998.7562.3795.432.3422.28103682.3898.342.382.28104722.3999.652.202.2199.5682.3693.262.302.23103672.3896.672.312.19105652.3897.182.242.3296.6702.3993.7续表292.212.3096.1652.3892.9102.332.22105682.3897.9112.252.24100582.3794.9122.342.31101692.3997.9132.272.3297.8672.3895.4142.382.33102742.3999.6152.342.30102712.3997.7从上表中可以看出采用含石量不仅消除了砂砾的含石量变化引起的超百现象，因此在施工中保证路基压实度的质量控制。特别对台背回填和路面等要害部位达到了有效的控制。4.1取样缺乏代表性由于不同的人从不同的部位取得的土样肯定存在样品的差异性，甚至同一个人从同一部位两次取得的样品都会有差异。取样缺乏代表性，直接影响试验结果的适用性和准确性。4.2检测试验存在一定的误差标准击实试验和现场检测试验的误差主要来自试验材料、设备器具、试验人员的操作以及环境等诸多方面，由于各种误差的存在导致我们不可能得到真值，只是能接近真值。故检测试验本身也导致检测误差的存在对应于检测值就存在一定的差异。4.3施工现场土样(填料)材质的不均匀性施工现场土样(填料)材质的不均匀性，包括土壤类别、粒径和含水量等方面的差异,在路基施工中尤为突出的就是填料含石率的变化，直接导致现场检测时不同含石率下检测出的最大干密度差异很大而用同一个标准最大干密度计算得出的压实度差异就很大，就会出现“超百”的现象，这是导致“超百”表象产生的最主要的因素。比如标准击实时土样含石率为10%，得到最大干密度为1.98g/cm3,而现场检测某一点,实际为含石率为30%，检测后计算出干密度为2.02g/cm,得出压实度为102%。如用含石30%的土样做标准击实试验，实际得到的最大干密度为2.04g/cm,那么该点的真实压实度应为99%。也就是说这种“超百”很显然仅仅只是一种表象。如果现场的含石率超过30%40%或更高，那么我们用10%含石率下标准试验的最大干密度计算出的压实度可能达到110%左右，而用实际的含石率土样进行标准击实试验得出的最大干密度计算，可能出现压实度只有90%的情况，如果验收标准规定是压实度不低于95%我们不难看出这一“超百”表象会直接影响我们的判断，影响对工程质量的评定。把“不合格”的判定为“合格”。五、采取措施5.1选择含石率对应的最大干密度针对“超百”表象产生的主要原因一填料的不均匀性一主要影响要素一含石率差异，提出在进行标准击实时就测定不同含石率下土样填料的最大干密度，土样填料最大干密度和含石率的关系曲线。实际现场检测时在适当位置抽查土样填料的含石率。对应关系曲线选择对应的标准最大干密度计算出压实度。5.2标准击实试验针对提出的解决措施这里重点阐述试样的制备、试验结果的处理至于击实试验的具体操作依据相应的试验规范这里不再累述。根据试验计算分别得到7个样品组的最大干密度和最佳含水量如表根据表1作出含石率同最大干密度的关系示意图(见图2)。根据示意图可以看出在含石率不高时含石率与最大干密度的关系基本上是线形关系。我们先假设含石率和最大干密度是线性相关关系一元一次回归方程为y=a+bx„„(1)通过计算得到a=1.916b=0.0036r=0.962根据相关系数可以判断含石率和最大干密度基本是线性关系。回归方程为y=1.196+0.0036x现场检测路基密实度时就可以通过此曲线找到相应含石率对应的最大干密度。5.3现场检测现场路基密实度检测以及干密度的计算等常规操作。有相关的试验规范规这里不再叙述。我们提出在现场检测时对所检测点，当发现填料里明显含石增加一个指标的检测含石率。取一定质量的土样烘干、过筛、称重、计算。下面是对某一路段验收规范要求压实度不低于90%,进行现场检测所得数据见根据含石率和最大干密度关系曲线,在计算该路段路基压实度时,我们通过现场测定的含石率,在曲线上找到对应的点,选取该点对应的最大干密度值,最大干密度值如表。所有检测点中无一测点出现“超百”现象路基质量稳定未出现过变形较大情况。六、结论通过实际运用我们发现结合含石率的变化我们计算得出的压实度具有更好的真实性、准确性。这样的方法简便、适用。此方法使用时增大标准击实的工作量，现场检测也多了一道工序。而且我们发现,在含石率逐渐增大到一定的程度后。并不是随着含石率的增加最大干密度也呈线性增大，而是呈现曲线状增幅逐渐减缓，这时用线性关系作出的判断偏差很大。这也是我们实际运用时应注意的问题。谢谢大家!