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 38~4819~25 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 15.12.7 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。

而粗粒土情况有些不同，当土处于风干状态（含水较少）下时，由于少量水的润滑作用，土粒间的阻力较小，故易于移动和压实。

但含水稍湿时，由于具有微弱的毛细水连结，土粒间移动所受阻力较大，不易被挤密压实，干密度不大。

当含水较多时，土中毛细水连结消失。

孔隙中的水起润滑作用，又不多占孔隙，冲击时土粒易于移动，能使土得到较高的干密度。

7 击实实验注意事项7.1 土的均匀性取样时样品的均匀性不好控制，如果取样不准，即使其他方面控制的多么准确，最终的击实数据也是不可靠的。

所以取样一定要认真细致，确保试样能够代表母体。

对于中粗粒土，必须严格用四分法将试样缩分至需要的总数量，然后再分成5个试样，每个试样6kg左右。

这5个试样要代表原土样的实际级配，不能因粗细颗粒离析而影响试样的均匀性。

否则，由此引起的实验结果数据变异大，无规律，击实曲线无峰值或呈波浪线等。

7.2 重型和轻型的选择轻型和重型的核心区别是轻型击实的单位体积击实功小，重型大约为轻型的4.5倍。

因此，在相同含水量下，由于重型的单位体积击实功大，对土体结构破坏力强，土体被压得更密实，湿密度大，相应干密度也更大。

由于曲线上5个实验点存在同样原因，重型实验得出的最大干密度大于轻型。

因此检测单位接受委托时，应根据客户意愿和现场土样综合确定采用何种击实方法。

土工压实度报告在引用击实报告干密度和最优含水量数据时应注明击实报告编号或明确何种击实，以便于对结果的判读与理解。

7.3 干法和湿法《公路规范》条文说明中注明，大量实验证明：干法和湿法求得的结果有很大差别，对于最大干密度，前者大后者小；对于最优含水量，前者小后者大。

既然两者有很大差别，在击实报告中应明确注明是干法还是湿法，以利于对报告的判读和应用。

对于高含水量的土采用湿法比较符合实际，如仍按干法做击实实验，无形中增加了对地基压实难度，甚至根本达不到规范要求的压实度[3]。

8 结论击实实验不但数据要真实、可靠，而且作图要美观、实用。

通过实验求得最优含水率和最大干密度，了解土的压实特性，为工程设计提供数据，作为选择填土密度、施工方法、机械碾压或夯实次数以及压实工具等的主要依据。