摘要：土工击实试验是检测工程土质的重要方法之一，对提高施工的质量有较大的帮助。但是在实际中有很多影响土工击实试验结果的因素，如土体的含水率。对公路土工击实试验中最佳含水率的预估方法进行阐述，为今后的工作提供指导。
关键词：土工击实试验；最佳含水率；预估方法
在公路建设工程中，土作为路基填筑加固及基础回填的主要材料，其夯实与压密性能，对工程的安全性与稳定性有着重要的影响。故需要通过室内土工击实试验，得到土样含水率与干密度的关系曲线，从而确定最大干密度及其相应的最佳含水率，作为工程设计或现场施工控制时配置含水率提供可靠的参考数据。而在土工击实试验过程中，如何准确预估土样的最佳含水率，从而能一次性配置合理的土样含水率与干密度的关系曲线，是整个试验中最难把握的部分，也是提高试验效率的关键部分。
一、击实试验的方法
击实试验进行过程中，向土试样施加固定的压力，从而使土试样颗粒之间的缝隙渐渐减小，进而重新紧密排列，以达到提高土试样密度的目的，这样可以提高土试样颗粒分子之间的相互吸引力以及土试样颗粒排列组合过程中形成的咬合力。目前常用的击实试验有两种方法，分别是：轻型击实试验和重型击实试验。轻型击实试验的操作方法是分为三层填筑土样，每一层用锤敲击27回，重型击实试验也是分为三层填筑土样，每一层用锤敲击98回，同时重型击实试验也可以分为5层填筑土样，每一层用锤敲击27回，在进行室内土工击实试验的时候根据所选用的填筑材料，选择合适的击实试验方法[1]。要记住轻型击实仪适用的土质粒径要小于5mm的细粒土质，重型击实仪在击实5层填筑材料适用的土质粒径要小于20mm的土质，重型击实仪在击实3层填筑材料适用的土质粒径要小于40mm的土质。
对室内土工击实试验具体的击实又分为干法和湿法两种。通常对于含水率较高的土最合适的击实方法是湿法，含水率低的土则应该选择干法，这主要是因为干法是通过把试验所用的土样进行风干或者低温烘干，之后把样土碾碎过筛等工序。湿法是把天然含水率的样土进行碾碎过筛工序，含水率较高的土可以不用过筛。通过实验发现，含水率较高的土体通过干法算出的土样的最大干密度比湿法算出的值大，而土体的最佳含水率则比湿法的小，这主要是由于土体的含水率过高时，把大部分土团原结构破坏重新排列几乎不可能，而在实际的施工过程中，土体粉碎之后，通过使用风干或者烘干的土试样制取方式进行制取的土样，很难达到过筛的要求，所以计算得出的土样的密度较大，含水率相对较小。对于含水率相对较低的土体来说，土体更容易被粉碎，因此，干法与湿法两种试验方法得到的结果并没有较大的差距，所以在对含水率较高的土体进行试验时湿法更为合理，如果采取干法进行检测，会导致土体压实的标准提高，在施工的时候很难达到相应的标准，那么必然会使施工的相关检测不符合标准，同时也会使施工的成本增加。
二、最佳含水率的预估方法
以下所述内容与引用数据均限定于《公路土工试验规程》中的干土法（土不重复使用）标准重型击实试验（Ⅱ－1型，筒体积997cm3，27击，5层），液塑限由联合测定仪测定（锥质量为100g，锥入深度为20mm对应含水率为液限），土的工程分类依据规程中以下粒组划分、土的塑性指标及土中有机质存在情况来确定。
.png)
（一）细粒土最佳含水率的预估方法
由于塑限相同而液限不同的细粒土的性质有明显的差别，故本论文对细粒土的最佳含水率除保留了塑限指标外，还增加了液限这一指标，先通过土样筛分析及塑性指标将土样进行类别的划分，再根据土样类别分别进行统计分析。
①黏质土（小于0.075mm颗粒含量占总土质量的50%及以上，塑限指数在A线以上，即Ip≥0.73（ωL－20））最佳含水率的预估方法
通过试验室内2017年下半年完成的30组黏质土（最大干密度为1.58g/cm3～1.93g/cm3）数据进行回归分析：
得到黏质土最佳含水率的预估公式如下：
.png)
式中： 为最佳含水率（%）； 为塑限含水率（%）。
以下是试验室2018年随机的10组黏质土（1～5为高液限土、6～10低液限土）数据验算，可以看出通过预估公式计算所得的最佳含水率与实测最佳含水率偏差较小。
.png)
图1 黏质土塑限与最佳含水率关系图
②粉质土（小于0.075mm颗粒含量占总土质量的50%及以上，塑限指数在A线以下，即Ip＜0.73（ωL－20））最佳含水率的预估方法
通过试验室内2017年下半年完成的26组粉质土（最大干密度为1.66g/cm3～1.90g/cm3）数据进行回归分析：
.png)
图2 粉质土塑限与最佳含水率关系图
得到粉质土最佳含水率的预估公式如下：
.png)
式中： 为最佳含水率（%）； 为塑限含水率（%）。
（二）粗粒土（小于0.075mm颗粒含量占总土质量的50%及以下）最佳含水率的预估方法
由于液塑限试验中，均是取通过0.5mm筛的颗粒进行试验，而粗粒土（小于0.075mm颗粒含量占总土质量的50%及以下）的塑限将随着砂砾含量的增加而相应地减小，故对粗粒土进行最佳含水率预估时，不能简单地根据塑限进行判定。通过2017年下半年完成的30组粗粒土（最大干密度为1.72g/cm3～2.13g/cm3）试验数据进行观察分析，其最佳含水率与液限的关系成一定比率关系，通过绘图拟合：
.png)
图3 粗粒土液限与最佳含水率关系图
得到粗粒土最佳含水率的预估公式如下：
.png)
三、预估最佳含水率的影响因素
公路土工击实试验标准中的试验条件不尽相同，这都将影响到最佳含水率预估的准确性，在实际运用本论文公式预估最佳含水率时，需随着重型或轻型击实试验方法、干土法或湿土法制备试样、重复或不重复使用土样、击实过程中的余土高度等而作出适当调整。
（一）重型或轻型击实试验
击实试验分为重型或轻型击实两种试验方法，由标准击实试验得到的最大干密度是相对于某个标准击实功的最大干密度，也就是说，不同的击实功会得到不同的最大干密度对应的最佳含水率，并不是绝对的最大干密度。一定条件下，随着击实功的增加，最大干密度也随之增大，而最佳含水率则相应地减小，即轻型击实较重型击实得出的最佳含水率大。故在使用轻型法击实的时候，可适当提高预估最佳含水率。
（二）干土法或湿土法制备试样
土样的制备方法有干土法和湿土法，而其中干土法又分为风干法和烘干法。样品制备的方法不同，其最佳含水率也会有一定的差别。一般干土法得到的最佳含水率比湿土法要小，而干土法中烘干法又较风干法得到的要小。
（三）重复或不重复使用土样
因为重复击实土样，会破坏土中的颗粒，改变级配，而击实后的土样也很难恢复到原来的松散状态，尤其是塑性土，再次加水拌和难以浸透充分，从而对试验结果产生影响。故不建议使用重复土样进行击实试验。
（三）击实过程中的余土高度
击实过程中的余土高度对击实试验的结果影响，本质上是击实功的影响。超出试筒的余土高度过大，实际的击实功则减小，从而使最佳含水率增大。故应控制试验过程中的余土高度不超过试筒6mm。
通过对目前预估最佳含水率的现状研究、大量的试验数据进行整理分析，提出了公路土工击实试验中预估最佳含水率的方法，但由于土样的复杂性和多变性，所统计的试验数据并不能完全反映所有土样类别的性能，故本论文中所提出的预估公式，仍需要在今后的实践中不断进行修正和改进。
参考文献：
[1]王新荣，王莹，李翠.土工击实试验过程中常见问题分析[J].山东水利，2017（09）
[2]黄紫竹.基于Origin的土工击实试验数据处理的探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（09）
[3]陈华.影响室内土工击实试验结果的几个问题[J].四川建筑，2015，35（04）
式中： 为最佳含水率（%）； 为液限含水率（%）。
由于回归方程中的常数较小，对预估土样的最佳含水率影响较小，故可忽略不计，取预估最佳含水率与液限的关系为0.3倍，即： ≈0.3
论文作者:董海鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/9
标签：含水率论文; 土工论文; 土法论文; 土质论文; 密度论文; 试样论文; 湿法论文; 《基层建设》2019年第27期论文;