含水率对路基击实实验结果影响的研究

含水率对路基击实实验结果影响的研究

张欣伟1王佶琨2

（1.中科（湖南）先进轨道交通研究院有限公司 湖南株洲，412000；2.广深铁路股份有限公司广州工务段 广东广州 510000）

摘 要近年来，我国高速公路快速发展，随着高速公路建设规模的持续提升，以及高速公路建设理论与技术的完善，工程上对于高速公路路基的施工标准也日益提升。本文依托泸石高速路基项目为例，研究含水率对路基压实度的影响规律，通过室内击实实验，表征了不同含水率试块的压实特征，揭示了含水率与路基压实度的关系，得出了最佳含水率的大致范围，为实际工程提供理论指导。

关键词路基压实；室内试验；含水率；压实度；高速公路

中图分类号 文献标识码： DOI：

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2017年第X期　　　　　　　　　张守超试验研究

在我国，高速公路的构建速度和总里程均呈现出显著的增长趋势。伴随着我国公路建设规模的持续扩大和等级的逐步提升，对于路基工程的设计与施工技术方面，逐渐提出了更为严苛的标准。特别是随着高速公路向那些工程地质条件更为复杂的山区拓展，以及越来越多的公路改扩建工程，这些因素共同为路基工程的设计、施工及建设环节带来了众多技术上的挑战。路基是路面的基础，承受由路面传来的行车载荷[1]。在路基施工质量评价中，压实均匀性至关重要[2-4]。因此，本文通过开展室内试验的方式对路基压实度进行研究。

1工程概况

泸定至石棉高速公路（简称“泸石高速”）位于四川省甘孜州泸定县及雅安市石棉县境内，《四川省高速公路网布局规划(2022-2035年)》的重要构成部分，项目平行于多条区域性断裂带展线，是藏彝大走廊的重要组成部分，也是衔接雅西、雅康高速两条川西交通大动脉的联络通道[5]。沪石高速全长96.511公里，项目桥隧占比达86.5%，其中隧道占比达69%，是目前四川省内桥隧比最高的在建高速公路项目。本文以泸石高速为例，开展室内击实研究路基压实度影响因素。

2室内击实实验

2.1实验步骤

按照《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）要求，本次实验步骤如图1所示：

图1实验流程

（1）土样筛分和准备：确保现场土样尺寸为4cm，，将筛分好的土样进行高温烘干，烘干温度为105℃，时间为10h，将烘干后的干土按照规定含水率制备试验所需土样，首先取干土6kg放置于容器（本试验使用钢托盘及钢盆），根据不同含水率添加纯净水，分5次加入干土，每次加入后搅拌均匀，之后用保鲜膜缠绕土样和容器，使其浸润6小时以上。（2）试筒准备：称量试筒质量，为4.5kg。将击实筒放在坚硬的地面上，在筒壁上抹一薄层凡士林，并在垫块上放置蜡纸或塑料薄膜。（3）添加土样并击实：按三层法添加土样。先将垫块放入筒内底板上，按《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）要求，每次称量需1700g左右土样，但经实际测试，由于填料特性，并考虑改变击实功情况，每层需1800g左右土样才可使试筒在击实后能够被土样充满。按规范规定，每层击数为98次。（4）土样称重及脱模：用削土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称筒与土的总质量m，准确至lg。用脱模机对土样脱模。脱模过程中注意将筒壁和卡孔边缘对齐，避免损伤土样。（5）取中心土样测试：试样中心处取代表性的土样测其含水率ρ，计算至0.1%，见下图所示。测定含水率用试样的数量符合按《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）要求表 T0131-3 的规定，试验取土重量为1kg。

2.2数据处理

首先，通过照片记录试样状态。

（1）计算干密度

根据规范计算击实后各点的干密度，见下式。

式中：为干密度，保留两位小数至0.01g/cm3，为湿密度，单位g/cm3，为含水率。

（2）绘制干密度与含水率的关系曲线

以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水率。必须出现峰值点，否则补点重做。

（3）分析数据

本试验目标以压实度为判识目标。

压实度的定义为：路基路面现场压实质量用压实度表示，对于路基土及路面基层，压实度是指工地实际达到的干密度与室内标准击实试验所得的最大干密度的比值。

根据前期沟通可知，样土的粒径分布与原状土的粒径分布相似，因此认为试验中样土的粒径分布能代表原状土的粒径分布。

因此，根据课题的研究对象可知，试验后的干密度就能代表不同土样的压实度[6]。

根据规范，含水率递增率一般为1％~3％，本文选取含水率间隔为3%，分别为3%、6%、9%，根据规范规定，每层土体的锤击数为98次。

3 实验结果

在完成试验后，对原状土进行颗粒筛分试验。筛分试验结果如表1所示。

表1筛分实验结果

3.1 浸水前后土样状态

浸润后，可以观察到在3％含水率时土样仍然较为干燥，在含水率为6％时土样色泽明显变均匀，具有良好的水分渗透特性，在9％含水率下则出现部分水分溢出，说明该含水率下土样趋于饱和，已经不适用于作为路基调料，如图2所示。

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2017年第X期　　　　　　　　　张守超试验研究

（a）3%含水率

（a）3%含水率

（a）3%含水率

图2 土样浸润前后状态

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3.2 击实后表观特性

本次室内击实试验含水率间隔为3%，分别为3%、6%、9%，根据规范规定，每层土体的锤击数为98次的情况下，土样击实状态及破坏现象描述如表2所示。

表2不同含水率下击实状态及取样破坏现象

3.3 击实功与含水率影响作用分析

由于压实度是指实际达到的干密度与最大干密度的比值，而最大干密度是固定值，因此在本课题研究中，泸石高速花岗岩的压实度大小可以用干密度大小来表征，在实际试验过程中，由于岩土体的不均匀性，导致含水率发生了变化，目标含水率与实际含水率发生明显差异，但目标含水率仍是确定压实度的重要因素，而干密度的计算结果已经由实际含水率影响，因此作出不同目标含水率下土样干密度，如图3所示，可知含水率对泸石高速花岗岩压实度的影响规律为：

（1）随着含水率从3％增加到9％，泸石高速花岗岩的压实度呈先增加后减小的趋势；

（2）泸石高速花岗岩的最优含水率在6％附近。

（3）当土体含水率较低时，土颗粒之间引力作用较强，而土颗粒表面的结合水膜对土颗粒间的润滑作用很小，颗粒之间相对错动较为困难，难以进行进一步的击实；随着含水率的增加，颗粒之间的自由水增多，变得易于滑动，在外力作用下，土体孔隙中气体基本被排除，填土的干密度达到最大值[7]。

图3 不同目标含水率下土样干密度

4结论

本文依托泸石高速路基项目为例，研究含水率对路基压实度的影响规律，通过室内击实实验，得出以下结论：

（1）根据表观现象可知，泸石高速花岗岩在含水率3％状态下，土样进行击实后仍有明显的土石颗粒性质，容易被外力破坏，在含水率6％时整体黏结较好，在含水率9％时结构出现自由水，容易软化破坏。

（2）根据表观现象可知，在含水率为6％时，提升击实功能改善填料击实后表观现象，其余工况影响不大。

（3）根据实验数据可知，随着含水率从3％增加到9％，泸石高速花岗岩的压实度呈先增加后减小的趋势，最优含水率在6％附近。

参考文献

[1].《公路设计规范》（JTG D30-2015）,2015:2.

[2].吴龙梁. 基于能量耗散的路基连续压实控制技术研究[D].北京: 中国铁道科学研究院, 2020: 1−22.

[3].王雷，范晓东.浅谈路基施工的质量控制技术［J］.科技创新与应用， 2013（14）：206.

[4].吴樟华,吴俊杰.市政道路路基压实度的检测方法及控制措施探究[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2022(6):62-64.

[5].胡媛;陈安强;宋杨;叶珂宇.穿越禁区——四川沪定至石棉高速公路隧道建设纪实[J]中国公路，2020（20）：58-60

[6].王志坚，叶阳升，王仲锦．击实试验标准不同对试验结果的影响［J］．中国铁道科学，2003，24（2）：53-56

[7].侍倩，曾亚武．岩土力学试验［M］.武汉：武汉大学出版社,2006:56-61.