摘 要：為探討土石混合體填料的壓實(shí)特性，對(duì)不同土石含量分布、不同含水量條件下的土石混合體進(jìn)行了室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，對(duì)制備含石量為10%、30%、50%、70%和90%的土石混合體試樣進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，得到土石混合體最大干密度、最佳含水量和含石量間的關(guān)系曲線。研究結(jié)果表明：不同含石量的土石混合體最佳含水量在4.3%～7.1%，最大干密度在2.211g/cm3～2.279g/cm3，與含石量相比，含水量對(duì)土石混合體最大干密度影響更大，在土石混合體的壓實(shí)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制最佳含水量。

關(guān)鍵詞：土石混合體；擊實(shí)試驗(yàn)；最佳含水量；最大干密度

中圖分類號(hào)：TU 45 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

土石混合體是一種特殊的工程混合材料，主要由塊石和細(xì)粒土組成，屬于非連續(xù)介質(zhì)，其孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)特征復(fù)雜，因此對(duì)環(huán)境因素影響較敏感，具有抗壓較好、抗剪性能、滲水性能和分布廣泛的優(yōu)勢(shì)。是應(yīng)用于公路工程的建筑填料之一[1]。關(guān)于界定土與石，國(guó)內(nèi)外多數(shù)學(xué)者將5mm作為土與石的分界閾值[2]。“塊石”在土石混合體的分布呈現(xiàn)3種空間幾何結(jié)構(gòu)，即懸浮型、懸浮密實(shí)型和骨架空隙型土石混合體。在混合體中，粗粒料間通過(guò)壓實(shí)和擠密，形成空間體系，細(xì)粒料穿過(guò)粗粒料間形成的空隙，達(dá)到填充和補(bǔ)實(shí)效果，遇水有潤(rùn)滑作用，從而改變土石混合體的最大干密度和擊實(shí)效果。

杜俊等[3]對(duì)改變塊石含量進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)含石量接近70%時(shí)，混合體干密度達(dá)到最大值；馬麗娜等[4]通過(guò)改變細(xì)粒料成分和比例，證實(shí)當(dāng)含石量不變時(shí)，細(xì)粒料組成對(duì)最佳含水量有明顯影響；王將等[5]結(jié)合近似值和經(jīng)驗(yàn)公式法，證明了土工試驗(yàn)規(guī)程方法與實(shí)際效果接近；周中等[6]的試驗(yàn)表明，不能單獨(dú)將干密度作為工程壓實(shí)質(zhì)量的唯一依據(jù)。

本文通過(guò)重型擊實(shí)試驗(yàn)研究土石混合體的壓實(shí)特性，為土石類工程提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

本研究中用于測(cè)試的土石混合體來(lái)自我國(guó)吉林省集安市某公路施工現(xiàn)場(chǎng)，“塊石”成分以花崗巖類、閃長(zhǎng)巖和碎石為主，“土體”（細(xì)粒土）成分以粉質(zhì)黏土為主。土石混合體試驗(yàn)試樣取自工程現(xiàn)場(chǎng)，沒(méi)有人為摻加黏土、碎石和石屑等材料，試樣處于原始狀態(tài)，當(dāng)備樣時(shí)只對(duì)原材料進(jìn)行了烘干處理，并對(duì)粗細(xì)顆粒進(jìn)行了篩分，按照石料質(zhì)量占比10%、30%、50%、70%和90%進(jìn)行了摻配處治。土質(zhì)均勻，不含有機(jī)物等雜質(zhì)，整體呈黃褐色，經(jīng)過(guò)測(cè)試細(xì)粒料物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

對(duì)不同石塊含量（10%、30%、50%、70%和90%）的土石混合體進(jìn)行篩分析試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成貝賽爾曲線，其顆粒分布結(jié)果如圖1所示。

各組土石混合體試樣不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)結(jié)果，見(jiàn)表2。根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）進(jìn)行判斷，各組土石混合體試樣的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)值，滿足Cu≥５且Cc=1～3要求范圍，因此，所用各土石混合體試樣均為級(jí)配較好材料。

1.2 試驗(yàn)方案和設(shè)備

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020），以下稱“規(guī)程”，結(jié)合本土石混合體材料試樣的顆粒分布特征，本試驗(yàn)采用規(guī)程中推薦的重型擊實(shí)儀法進(jìn)行試驗(yàn)研究，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表3。

按四分法準(zhǔn)備5個(gè)試樣，按1%、3%、5%、7%和9%的含水率，分別加入不同水分，將土樣拌和均勻，拌勻后悶料一夜備用。在備料過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在所用土石混合料中存在少量的最大粒徑＞40mm的顆粒，其質(zhì)量占比為7%，＜30%的規(guī)范要求，對(duì)＜40mm的土石混合體部分進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，并分別對(duì)試驗(yàn)所得的最大干密度和最佳含水率進(jìn)行校正，如公式（1）、公式（2）所示。

最大干密度按公式（1）校正。

（1）

式中：ρ'dmax為校正后的最大干密度，計(jì)算至0.01g/cm3；ρdmax為用粒徑＜40mm的土樣試驗(yàn)所得的最大干密度，g/cm3；p為試料中粒徑＞40mm顆粒的百分比，%；G's為粒徑＞40mm顆粒的毛體積比重，計(jì)算至0.01。

最佳含水率按公式（2）校正。

w0'=w0（1-0.01p）+0.01pw2 （2）

式中：w0'為校正后的最佳含水率，計(jì)算至0.1%；w0為用粒徑＜40mm 的土樣試驗(yàn)所得的最佳含水率，%；w2為粒徑＞40mm顆粒的吸水量，%。

采用SKDJ-1型數(shù)控多功能電動(dòng)擊實(shí)儀進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，錘重4.5kg，落錘高度為450mm，擊實(shí)筒?152mm×170mm，護(hù)筒為152mm×50mm，錘頭直徑為50mm，擊錘次數(shù)為30次/min（沿筒邊擊實(shí)6錘后移至中間擊實(shí)1錘）；電源電壓為220V±10%。根據(jù)以往試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)估本試驗(yàn)土石混合體最佳含水量范圍，分別配置含水量為1%、3%、5%、7%和9%的試樣，含石量控制按10%、30%、50%、70%和90%進(jìn)行制備，共分成5組土石混合體試樣，對(duì)25組土石混合體試件進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

按不同含水率要求制備不同含石量的試樣。為保證試樣內(nèi)部水分均勻一致，對(duì)篩分好的材料進(jìn)行稱量、拌和后，裝入密封的塑料袋中悶料24h，將悶好的試樣分3層裝入擊實(shí)筒內(nèi)，分層擊實(shí)后測(cè)量各層是否滿足要求，并對(duì)每層土表面進(jìn)行整平、拉毛（保證相鄰?fù)翆咏Y(jié)合緊密）處理，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)要求，每層擊實(shí)98次。試驗(yàn)完成后稱量、脫模，繪制含水率與干密度關(guān)系曲線，通過(guò)計(jì)算，得到含石量分別為10%、30%、50%、70%和90%試樣的最大干密度和最佳含水量值。

2 不同含石量對(duì)擊實(shí)效果的影響

對(duì)不同含石量的土石混合體試樣組進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，得到擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度值與最佳含水量的結(jié)果及關(guān)系方程，見(jiàn)表4。

由表4可以看出：不同含石量的土石混合體試樣組的最佳含水量為4.3%～7.1%，最大干密度為2.211g/cm3～2.279g/cm3，最佳含水量隨著含石量增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)；最大干密度值隨著含石量增加先呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，當(dāng)含石量為70%時(shí)，最大干密度值隨著含石量增加開(kāi)始降低。含石量90%的土石混合體，雖然其密度比70%的土石混合體小，但比含石量＜70%的土石混合體密度值大。

根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)所得不同含石量土石混合體干密度與含水量值，繪制最大干密度—含水量關(guān)系曲線，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)不同含石量條件下土石混合體試樣在未達(dá)到最佳含水量時(shí)，試樣的干密度隨著含水量增加而逐漸增加，試樣在達(dá)到最佳含水量后，試樣的干密度隨著含水量增加而逐漸減少；從含石量對(duì)應(yīng)的干密度曲線分布可以得出：含石量越大的土石混合體，其最佳含水量值越低。隨著含石量增加，土石混合體的干密度值有逐漸增加的趨勢(shì)，但呈非線性增加趨勢(shì)；因此，當(dāng)土石混合體材料用于路基填料時(shí)，應(yīng)控制土石混合體含水率在最佳含水量附近，提高壓實(shí)材料密實(shí)度，保證路基壓實(shí)施工效果。

根據(jù)圖3中各組土石混合體最大干密度與最佳含水量分布曲線，可以得出：含石量增加可以提高土石混合體的最大干密度值，但其數(shù)值分布并非呈線性規(guī)律變化，當(dāng)含石量約70%時(shí)，土石混合體的干密度為最大值。最佳含水量波動(dòng)范圍較大，其原因是對(duì)土石混合體進(jìn)行分組時(shí)，含石量只從質(zhì)量占比上進(jìn)行劃分，雖然土石混合體總體的級(jí)配較好，但未對(duì)各組中的石塊級(jí)配進(jìn)行控制，另外，土石混合體的最大干密度值受含水量影響較大，受含石量影響較小。

3 結(jié)語(yǔ)

為研究土石混合體的擊實(shí)特性，對(duì)不同含石量的土石混合體進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：1）最佳含水量在4.3%～7.1%波動(dòng)，差值為2.8，其原因是對(duì)土石混合體進(jìn)行分組時(shí)，含石量只從質(zhì)量占比上進(jìn)行劃分，雖然土石混合體總體的級(jí)配較好，但未對(duì)各組中的石塊級(jí)配進(jìn)行控制。2）對(duì)不同含石量土石混合體進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，可以得知土石混合體的最大干密度值受含水率影響較大，受含石量影響較小。3）當(dāng)含石量約為70%時(shí)，土石混合體的干密度為最大值。4）通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，含石量增加可以提高土石混合體的最大干密度值，但其數(shù)值分布并非呈線性規(guī)律變化。

綜上所述，與含石量相比，含水量對(duì)土石混合體最大干密度影響更大，因此，在土石混合體的壓實(shí)過(guò)程中，為提高施工質(zhì)量，須嚴(yán)格控制最佳含水量。

參考文獻(xiàn)

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