不同试验方法对最大干密度的影响研究.pdf

第40 卷第2 期2023年6 月长江工程职业技术学院学报Journal of Changjiang Institute of TechnologyVol.40 No.2Jun.2 0 2 3不同试验方法对最大干密度的影响研究侯凤健，丁涵（东汇检测认证集团有限公司，济南2 5 0 0 32）摘要：最大干密度是路基和基层压实度确定的关键指标，不同试验方法影响着最大干密度的试验结果。选取4种路基或基层土样，分别通过击实试验和表面振动压实试验，对土样最大干密度的影响进行研究。研究表明：表面振动压实试验得到的最大干密度均大于击实试验得到的最大干密度，约为击实试验得到的最大干密度的1.0 3-1.0 9倍；随着土样最大粒径的增大，表面振动压实试验得到的最大干密度与击实试验得到的最大干密度均出现增长趋势，且增长趋势逐渐变缓；表面振动压实试验得到的最大干密度与击实试验得到的最大干密度比值随土样最大粒径的增大，出现先增加后减小的趋势。采用表面振动压实试验作为土样最大干密度的确定方法可以更为准确地反映路基和基层的压实质量。关键词：路基；基层；最大干密度；击实试验；表面振动压实试验；最大粒径目前，对击实试验和表面振动压实试验所得最中图分类号：U213.1DOI:10.14079/42-1745/tv.2023.02.0031 引 言为了更好的控制路基或基层的压实质量，试验室常采用击实试验和表面振动压实试验对最大干密度进行研究。击实试验通过控制击实锤的质量及落锤高度来控制冲击荷载，在冲击荷载的作用下使土体挤压密实，模拟施工现场冲击式压路机；表面振动压实试验则通过控制钢制夯的质量和振动频率及激振力，对土体进行垂直振动，使土体相互挤压而填充密实，反应施工现场振动式压路机的工况 1。规程 2 中指出：同一类土若同时进行了击实试验与表面振动压实试验，则取两者结果中干密度较大的作为该土样的最大干密度，已有研究者对其进行关注。段兴锁等 3对级配碎石基层性能与施工工艺进行研究，研究表明，在级配碎石成型的方法中振动成型的最大干密度为击实成型的1.0 7 倍；莫洪韵 4研究的岛礁钙质砂、岩混合料工程力学性能中指出，对于不同粗细比和不同最大粒径的岛礁钙质砂、岩混合料，表面振动压实法测出的最大干密度大于重型击实法，约为重型击实最大干密度的1.0 2-1.11倍；苏建辉 5 发表的高速铁路路基粗粒土填料最大干密度试验方法对比研究中表明，对于选取的沪昆高速铁路湖南段粒径在6 0 mm以下路基粗粒土填料，采用表面振实试验法测得的最大干密度普遍小于击实试验法测得的最大干密度。收稿日期：2 0 2 3-0 2-16作者简介：侯凤健（1990-），男，山东聊城人，工程师，硕士，研究方向：交通运输工程。一14一文献标识码：A文章编号：16 7 3-0 49 6(2 0 2 3)0 2-0 0 14-0 4大干密度的影响研究大多为同种行业的同种土样类别的研究，而对不同行业、不同粒径、不同土样类别及超粒径土样的研究较少。本文选用建筑、公路及铁路行业所需的4种路基或基层土样，分别通过击实试验和表面振动压实试验，对土样最大干密度的影响进行研究，以供类似相关研究的参考。2试验原材料建筑地面工程施工质量验收规范（GB50209-2010)指出，砂石垫层所用的砂石应选用天然级配材料，铺设时不应有粗细颗粒分离现象，压（夯）至不松动为止。为了保证级配良好，土样1选用公称最大粒径为10 mm的级配砂石；公路路面基层施工技术细则（JTG/TF20-2015)指出，级配碎石用作基层时，高速公路和一级公路公称最大粒径应不大于2 6.5 mm，二级及二级以下公路公称最大粒径应不大于31.5 mm，土样2选用二级及二级以下公路基层所用级配G-A-2的级配碎石；高速铁路路基工程施工质量验收标准（TB10751-2018)中指出，基床表层级配碎石级配曲线应满足不均匀系数 Cu不小于 15,曲率系数 Cc为 1-3的要求，I 型级配碎石的最大粒径不超过6 0 mm，土样3选用所用基床表层所用型级配碎石，且击实试验超粒径（大于40 mm)颗粒含量介于5%-30%之间；公路路基施工技术规范（JTG/T3610-2019）侯风健，丁涵不同试验方法对最大干密度的影响研究中指出，路堤填料粒径应不大于5 0 0 mm，并宜不超过层厚的2/3，路床底面以下40 0 mm范围内，填料最大粒径不得大于15 0 mm，其中小于5 mm的细料含量应不小于30%。在实际工程中，超粒径的级配碎石经常遇到，土样4选用最大粒径为7 5 mm，同时满足公路工程土工试验规程（JTG3430-2020)中击实试验法和表面振动压实仪法试验超粒径的级配碎石。依据土工试验方法标准（GB/T50123-2019）对土样1的各项性能指标及颗粒分析进行试验，试验结果见表1和表2。表1土样1性能指标试验结果检测最大粒径塑性不均匀项目/mm实测结果10筛孔/mm31.5通过率/%100规范要求/%100检测项目最大粒径/mm针状、片状颗粒含量/%实测结果60技术要求60筛孔/mm60通过率/%100技术要求/%100依据公路工程集料试验规程（JTGE42-2005)对土样4的各项性能指标进行试验，依据公路工程土工试验规程JTG3430-2020)对土样4的颗粒进行分析试验，试验结果见表7 和表8。筛孔/mm75通过率/%1003试验方法与结果比较3.1击实试验与表面振动压实试验方法的分析击实试验和表面振动压实试验都是根据土样粒表2土样1颗粒分析试验结果筛孔/mm10通过率/%10085.271.355.3 35.811.29.6依据公路工程集料试验规程（JTGE42-2005)对土样2 的各项性能指标及颗粒分析进行试验，试验结果见表3和表4。表3土样2 性能指标试验结果检测最大粒径压碎值针片状颗粒洛杉矶项目/mm实测结果31.5技术要求31.5曲率指数系数11.410.25表4二土样2 颗粒分析试验结果26.51994.678.6100-9086-7011.520表6土样3颗粒分析试验结果454090.489.685-100/表8 土样4颗粒分析试验结果604088.778.65依据铁路工程土工试验规程（TB10102-系数2010)对土样3的各项性能指标及颗粒分析进行试1.25验，试验结果见表5 和表6。1613.270.165.379-6272-54表5 土样3性能指标试验结果洛杉矶磨耗率/%压碎值/%17.69.8301631.522.480.670.873-8963-79检测最大粒径压碎值针片状颗粒洛杉矶项目/mm实测结果75201059.339.1径选择相应的试筒，虽二者试筒均有大小试筒，但试筒尺寸有所不同，为了便于统计，仅对公路工程土工试验规程（JTG3430-2020)中击实试验和表面振动压实试验用试筒规格参数进行汇总（本节下同），汇总结果见表9。2/%9.6309.54.7555.734.662-4245-257.146.237-53表7 土样4性能指标试验结果/%含量/%磨耗率/%9.611.25232.624.410.50.250.075含量/%磨耗率/%11.29.7151.70.525.314.316-338-2010.519.910.50.69.815-7曲率系数1.921-30.0751.20-313.80.250.0756.42.8150.0753.45-22023年6 月表9击实试验与表面振动压实试验用试筒尺寸参数汇总试验方法大筒内径/cm体积/cm内径/cm体积/cm击实试验15.2表面振动28压实试验击实试验通过击锤质量（2.5 kg和4.5 kg）和落锤高度（30 0 mm和45 0 mm）来控制对土样的击实功，表面振动压实试验则通过钢制夯的质量来控制在土样表面产生的静压力。击实试验通过测定不少于5 种含水率（干土法按含水率1%3%递增加入水分，拌和均匀后闷料一定时间备用；湿土法以天然含水率为第一个土样，按含水率2%4%递减进行风干备用）下的干密度，绘制干密度与含水率的关系曲线，以曲线峰值对表10 击实试验与表面振动压实试验超粒径界定范围和校正方法汇总试验方法界定范围粒径大于40 mm的颗粒含量大于击实试验5%且不大于30%表面振动压实试验最大颗粒尺寸超过6 0 mm3.2最大干密度的测定及结果比较根据前述4种土样颗粒分析试验结果，为了便于研究,采用公路工程土工试验规程（JTG3430-2020)中击实试验（T0131-2019)干土法及粗粒土和巨粒土最大干密度试验（T0133-2019表面振动压实仪法)分别对4种土样进行最大干密度的试验。土样1的最大粒径为10 mm，击实试验选用重型-1的成型方法，表面振动压实试验选用小筒成型；土样2 的最大粒径为31.5 mm，击实试验选用重型-2 的成型方法，表面振动压实试验选用大筒成型；土样3的最大粒径为6 0 mm，击实试验选用重型-2 的成型方法，表面振动压实试验选用大筒成型，因存在超粒径（大于40 mm）颗粒，且超粒径颗粒含量介于5%-30%之间，需对击实试验确定的最大干密度进行校正；土样4的最大粒径为7 5 mm，击实试验选用重型-2 的成型方法，表面振动压实试验一16 一长江工程职业技术学院学报应的干密度确定为最大干密度，表面振动压实试验试筒类型则是将土样烘干拌匀后振动规定时间测定最大干密小筒度。击实试验和表面振动压实试验均对超粒径提出2177101420015.2第40 卷第2 期997校正方法，但超粒径的界定范围和校正方法不同，击2.830实试验通过测定超粒径颗粒含量P和超粒径颗粒毛体积密度pa校正最大干密度，表面振动压实试验通过相似级配法制备缩小粒径的系列模型试样，即根据试样最大粒径及缩小后的最大粒径确定粒径缩小倍数（即相似级配模比M)，将土样原级配进行比例缩小，计算出新级配，按新级配重新配制土样，根据新级配最大粒径选择试筒并取样，进行表面振动压实试验，得出相似级配模比下的最大干密度，绘制相似级配模比与最大干密度的关系曲线，取M=1时的最大干密度为校正后的最大干密度。两种试验超粒径的界定范围和校正方法汇总见表10。校正方法最大干密度的修正公式：1pdmax=-P卫PdmaxaOdmax修正后试样的最大干密度；pdmax粒径小于40 mm的试样试验所得最大干密度；P-粒径大于40 mm的试样所占质量百分数；Pa一粒径大于40 mm的试样毛体积密度。最大干密度的修正公式：dmax=pdimax+InMpdmax原型试样的最大干密度；M粒径缩小倍数，通常称相似级配模比。选用大筒成型，因存在粒径大于6 0 mm的巨粒土，且粒径超过40 mm的颗粒含量介于5%-30%之间，需对击实试验确定的最大干密度和表面振动压实试验确定的最大干密度分别进行校正，土样3和土样4击实试验所得最大干密度及校正结果见表11。表11土样3和土样4击实试验所得最大干密度及校正结果汇总最大干密度超粒径土样超粒径颗粒pdmax毛体积密度最大干密度编号/(g/cm)含量P/%/(g/cm）/(g/c m)土样32.02土样42.02由表11得出，超粒径颗粒含量可以提高最大干密度校正后的数值，且超粒径颗粒含量越多，校正后的最大干密度增加越大。校正后10.42.32621.42.3412.052.08侯风健，丁涵不同试验方法对最大干密度的影响研究土样4表面振动压实试验确定的最大干密度进行校正时，缩小后的最大粒径设定为6 0 mm、40 m m和2 0 mm，即相似级配模比分别为M=1.25、M=1.875和M=3.75，经相似级配模比后确定的新级配表见表12，根据新级配表配制试样，进行表面振动压实试验，得出相似级配模比下的最大干密度，绘制相似级配模比与最大干密度的关系曲线，曲线见图1。表12 土样4经相似级配模比后确定的新级配模比1模比3筛孔原通过率(M=1.25)(M=1.875)(M=3.75)/mm/%751006088.74078.62059.31039.1532.6224.4119.90.510.50.256.40.0752.82.34(u0/日)/率售2.11.91.31.11图1土样4相似级配模比与最大干密度的关系曲线由图1可得，相似级配模比与最大干密度的回归方程为：y=-0.3397+2.5985式中：为最大干密度（g/cm）；为相似模比级配。取M=1时的最大干密度为校正后的最大干密度，即表面振动压实试验确定的土样4最大干密度为2.2 6 g/cm。4种土样击实试验和表面振动压实试验所得最大干密度试验结果汇总见表13，两种试验方法所得最大干密度与土样最大粒径的关系见图2。由表13和图2 可以得出：对于4种土样，表面振动压实试验得到的最大干密度均大于击实试验得到的最大干密度，且随着最大粒径的增大，表面振动压实试验得到的最大干密度与击实试验得到的最大干密度均出现增长趋势，增长趋势逐渐变缓。随着最大粒径的增大，表面振动压实试验得到的最大干密度与击实试验得到的最大干密度比值出现先增加后减小的趋势，即：对选取的最大粒径为10mm到7 5 mm的4种土样，表面振动压实试验得到的最大干密度与击实试验得到的最大干密度比值介于 1.0 3-1.0 9。表134种土样最大干密度试验结果汇总模比2试验方法击实试验/（g/cm）新通过率新通过率新通过率100/83.610064.176.244.256.834.238.325.829.221.023.912.818.87.510.03.14.1y=0.339 7x+2.598 5R2=0.998 61.52相似级配模比土样1土样2土样3土样41.721.942.05表面振动压实1.782.082.242.25试验/(g/cm)/最大干密度比值2.34100一击实试验2.2一一表面振动压实试验76.2(,u0/同)/果?鲁56.835.829.223.918.86.92.532.081.03 1.071.091.082.12.01.9-1.81.70图2最大干密度与土样最大粒径的关系4结论与展望3.5410200304050607080最大粒径/mm本文选取的4种土样，表面振动压实试验得到的最大干密度均大于击实试验得到的最大干密度，表面振动压实试验得到的最大干密度与击实试验得到的最大干密度比值介于1.0 3-1.0 9之间。鉴于路基和基层通常采用表面振动压实的施工方法，建议采用表面振动压实试验作为选取的4种土样最大干密度的确定方法，其试验结果能更准确地反映路基和基层土料的压实质量。随着最大粒径的增大，两种试验方法得到的最大干密度比值出现先增加后减小的趋势，说明存在一最大粒径，两种试验方法得到的最大干密度比值最大。对最大粒径与两种试验所得最大干密度比值的关系，还需更深的研究。本文选用的土样种类和粒径分布不能涵盖工程路基和基层所用的全部土样，试验结果仅可作为类似相关研究的参考。(下转第2 2 页)一17 一2023年6 月长江工程职业技术学院学报第40 卷第2 期Causes and Treatment of Cracks in Concrete of Dam Foundation PadMA Fuqiang,FU Changsheng,LI Haibo(Guizhou Water&Power Survey-Design Institute Co.,Ltd,Guiyang 550002,Guizhou,China)Abstract:The water-retaining structure of a reservoir hub is a concrete arch dam,and the concrete in dam founda-tion pad needs placing in high temperature season in consideration of construction period and diversion period.Afterthe concrete pad is placed,many cracks are found in concrete surface.The construction party has carefully inspectedand classified the concrete cracks,confirming the nature of the cracks,analyzing the possible causes of the cracksthrough a comprehensive review of the concrete placement process,and treated the cracks with grouting.After thetreatment,no cracks extend to the upper part of the dam,which has achieved the expected goal.It shows that thecause analysis of cracks is reasonable and can provide a reference for similar projects.Key words:arch dam foundation;concrete pad;cracks;cause analysis(上接第 17 页)3段兴锁.级配碎石基层性能与施工工艺研究 J.交通参考文献：世界,2 0 2 2(12):10 2-10 3.1曾涛，蒋良潍，黄强，等.室内表面振动压实试验参4莫洪韵.岛礁钙质砂、岩混合料工程力学性能研究D.南京：东南大学,2 0 15.数控制分析J.四川建筑，2 0 18,38（0 4)：114-116.2 交通运输部公路科学研究院.公路土工试验规程：JTG3430-2020S.北京：人民交通出版社，2 0 2 0.Research on the Effect of Different Test Methods on Maximum Dry Density5苏建辉.高速铁路路基粗粒土填料最大干密度试验方法对比研究 J.路基工程，2 0 15（0 5）：7 6-8 0.HOU Fengjian,DING Han(Donghui Testing and Certification Group Co.,Ltd,Jinan 250032,Shandong,China)Abstract:The maximum dry density is the key index for determining the compaction degree of roadbed and base,andtest methods affect the test results of maximum dry density.Four types of soil samples of roadbed and base are se-lected to study the effect of test method on maximum dry density of soil samples through proctor compaction test andsurface vibration compaction test respectively.The research shows that the maximum dry density obtained from thesurface vibration compaction test is higher than that obtained from the proctor compaction test,the former is 1.03-1.09 times as much as the latter;The larger the maximum particle size of the soil sample is,the higher the maxi-mum dry density obtained from both test methods is,and its growth trend slows down gradually.The ratio of themaximum dry density obtained from the surface vibration compaction test to that obtained from the proctor compac-tion test tends to increase at first and then decrease as soil samples of larger maximum particle size is tested.Thesurface vibration compaction test method can reflect the compaction quality of roadbed and base more accurately as away to determine the maximum dry density of soil samples.Key words:roadbed;base;maximum dry density;proctor compaction test;surface vibration compaction test;maxi-mum particle size22