铁路路基孔隙率检测方法实验研究

铁路路基孔隙率检测方法实验研究

口孙喜书

（河北省丰宁满族自治县交通局河北－承德０６８３００）

摘要针对新建客用专线首次采用的铁路路基孔隙率检测标准进行了检测方法的研究试验，介绍了两种孔隙率测试方法，并分析了对比试验的结果，得出了通过测定填料颗粒毛体积密度和现场碾压干密度来检测孔隙率的方法适用于路基压实检测的结论。

关键词铁路路基孔隙率检测

中图分类号：Ｄ５６文献标识码：Ａ文章编号：１００７．３９７３（２００７）０２．０８８．０２

１．概述

《时速２００ｋｍ新建铁路线桥隧站设计暂行规定》（下称《暂规》）首次在我国铁路路基施工检测中采用孔隙率指标，具体标准见表１、２、３和４，中压实系数Ｋ采用重型击实标准。此前，《铁路土工实验方法》中没有明确孔隙率的测算方法，其它行业有关孔隙率的测算方法也不尽相同，需要通过实验研究，验证并制定适合于铁路路基压实质量检测的空隙率检测方法。本实验就是根据铁建字（９９）第１３号合同进行的，其研究成果将为今后制定正是规范提供科学依据。

表ｌ级配沙砾石基床表层压实标准

填料地基系数Ｋ３０／（ＭＰａ．ｍ－１）孔隙率ｎ／％级配沙砾石量１９０＜１５

表２级配碎石机床表层厚度及压实标准

压实标准

填料厚度／ｍ适用范围

地基系数Ｋ３０／（ＭＰａ．ｍ．１）孔隙率ｎ／％

级配碎石０．６０１９０＜１５路堤

级配碎石０．５０１９０＜１５易风化软质岩、风化严重的应中粗砂０．１０１９０＜１５治眼及土质路堑

表３基床底层技术标准

填料厚度／ｍ压实标准细粒土粗粒土碎石土

久、Ｂ、组填料及改

地基系数Ｋ３０／（ＭＰａ．ｍ．１）兰１１０耋１２０量１２０良土

１．８～２．５压实系数Ｋ兰Ｏ．９５

孔隙率ｎ／％＜２０＜２０

表４路堤填料及压实标准

填料压实标准细粒土粗粒土碎石土

Ａ、Ｂ、Ｃ组填料及改

地基系数Ｋ３０／（ＭＰａ．ｍ．１）耋９０兰１１０兰１２０

孔隙率ｎ／％＜２５＜２５良土

压实系数Ｋ耋Ｏ．９

２．孔隙率测试方法分析（１）式中：ｎ一孔隙率；

２．１孔隙率基本概念Ｖ一图总体积；

孔隙率的定义为“土的空隙体积与土总体积的比值，以ｖｓ一土中固体部分体积。

百分率表示”。即：由（１）式可推导出另一实用计算公式ｒｌ＝（Ｖ—ｖｓ）／ＶＸ１００％＝（１一Ｐ。／Ｇ）Ｘ１００％

婢《ｂ科协论坛・２００７年第２期

（２）式中：ｎ一孔隙率；

Ｐ。一土的干密度；

Ｇ一土的颗粒密度。

２．２孔隙率测试方法

孔隙率的测试一般根据公式（２）进行，通过测定填料的干密度Ｐ。和颗粒密度Ｇ求得。

填料的干密度Ｐｄ一般用灌水或灌沙法在现场测试密度，取样测出含水量后计算出干密度；也可用核子湿度密度仪直接测得。填料的颗粒密度Ｇ，按有关试验规程，取样经室内试验测得。

由于土的颗粒密度Ｇ分为视密度Ｇ。和毛体积密度Ｇ。两种测试方法，因此，孔隙率的测算也有两种结果ｎ．和ｎ：，计算公式为

ｎ．＝（１．Ｐ。／ＧＳ）Ｘ１００％（３）

ｎ！＝（１－Ｐｄ／Ｇｍ）Ｘ１００％（４）

２．３两种方法分析比较

利用颗粒视密度Ｇ。测算的孔隙率ｒｌｔ是土体中包含颗粒内部裂隙在内的所有孔隙体积与整个土体体积之比。颗粒视密度Ｇ。测试试验中，土样要先烘干，称重后放入水中测试土颗粒排开水的体积，干重量与体积之比即为颗粒视密度。在水中，土颗粒内部开口裂隙将被水填充，土颗粒排开水的体积（土颗粒体积）不包括颗粒开口裂隙。孔隙率ｎ，计算中包括了颗粒开口裂隙体积。

利用颗粒毛密度Ｇ。测算的孔隙率ｎ：是土体中颗粒之间的孔隙体积与整个土体体积之比。颗粒毛体积密度Ｇ。测试试验中，土样要先制成饱和面干状态，称重后放入水中测试土颗粒排开水的体积，式样干重量与该体积之比即为颗粒毛体积密度。颗粒间孔隙率ｎ：不包括颗粒内部开口裂隙。

为区别这两种测试结果，我们暂称ｒｌ。位全部孔隙率，ｒｌ：为颗粒问孔隙率。

２．４路基压实检测宜选用颗粒间孔隙率

在土料被压实的过程中，颗粒内部的孔隙不会被压缩（除非颗粒强度很低，碾压过程中被破碎，这种情况不在我们考虑范围之内），一般只有颗粒之间的孔隙被压缩，使颗粒与颗粒之间更加紧密。从土的抗剪强度产生的机理可知，土的强度取决于颗粒之间的摩擦力与凝聚力。为了提高土体强度，减小压缩性，使土体处于更加稳定状态的目标，要求控制颗粒与颗粒之间的可压缩空隙，而非颗粒内部的孔隙。所以，作为土体压实质量的控制指标选用颗粒间孔隙率ｎ：更为合理。

３．两种子Ｌ隙率的对比试验

３．１试验概括

结合秦沈客用专用西郊路基试验段的试验工作，我们进行了两种孔隙率测试。主要目的是将这两个指标的测试结果与现有土壤压实指标——压实系数Ｋ的测试结果进行比较，从而验证那种测试方法更与现行压实检测标准吻合。

在实验中选用了十二种粗粒土（表略），这些粗粒土的共同特点是都含有较多的细粒成分，一般在１０％３５％，经室内实验和现场压实实验证明，具有较好的击实曲线特性，适合用压实系数Ｋ来检测其压实质量。用两种孔隙率测试结果与《暂规》中对应的孔隙率ｎ检测标准更接近，证明该种测试方法与《暂规》中的检测要求相符。

对比试验分三种情况进行：

（１）用Ｋ＝０．９０、Ｋ＝０．９５的控制填土密度，测算ｎ，和ｎ：的对比数值；（２）用ｎｉ＝２０％、ｎＩ＿２５％的控制填土密度，测算Ｋ的对比数值；（３）用ｎ：＝２０％、１＂１：＝２５％的控制填土密度，测算Ｋ的对比数值。３．２试验结果见表（略）

（１）当土体被压实至Ｋ＝０．９０时，全部孔隙率ｎ。对应为２８．９％～３２．２‰颗粒间孔隙率ｎ：对应为２４．９％～２７．３％。按照《暂规》要求，对应压实系数Ｋ＝０．９０的孔隙率检测标准为ｎ＝２５％。因此，从测试结果看，颗粒间孔隙率ｒｌ：的检测结果比较接近检测标准。

（２）当土体被压实至Ｋ＝０．９５时，全部孔隙率ｎ。对应为２４．９％～２８．４％，颗粒间孔隙率ｎ：对应为２０．７％～２３．３％。按照《暂规》要求，对应压实系数Ｋ＝０．９５的孔隙率检测标准为ｎ＝２０％。因此，从测试结果看，同样是颗粒间孔隙率ｎ：的测试结果比较接近检测标准。

（３）颗粒间孔隙率ｎ：＝２５％时对应的压实系数Ｋ为Ｏ．８９９～Ｏ．９２９，ｎ：＝２０％时对应的压实系数Ｋ为０．９５８～０．９９１，压实系数值波动范围不大，与《暂规》要求基本相符。

（４）全部孔隙率ｎ。＝２５％时对应的压实系数Ｋ为０．９４９～０．９９５，ｎ１－２０％对应的压实系数Ｋ为１．０１～１．０６，压实系数值波动范围较大，而且要达到这样的压实程度显然不合理。

４．结论及建议

（１）综上所述，可以得出结论：用颗粒间孔隙率ｎ：的测试方法检测路基填土压实质量，测试原理上符合理论，测试结果接近《暂规》标准。因此，通过测定填料颗粒毛体积密度和现场碾压干密度来检测孔隙率的方法，适用于路基压实检测。

（２）建议今后列入修订孔隙率设计和检测标准时，要明确采用测试填料干密度和颗粒毛体积密度的测试方法检测孔隙率，并在整治修订的《铁路工程土工实验规程》中列入毛体积密度试验方法。

（３）为区别两种孔隙率测试指标，便于书写和称呼，建议将全部孔隙率１３，称为“孔隙率”，将颗粒间孔隙率ｒｌ：称为“孔隙率”或“间隙率”。

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