高原砾石土路基填料的压实度检测方法探讨

1、高原砾石土路基填料的压实度检测方法探讨二公司 张宁摘要:就粒组复杂的砾石土作为高原铁路路基填料,针对土的性状,从室内重型标准击实试验、现场压实度检测入手,介绍了动态压实度的检测方法,并指出试验检测过程中的注意事项。关键词:压实度,最大干密度,含水量引言 新建地方铁路柴达尔至木里，位于青海省东北部的刚察县和天俊县境内，海拔高程3550m4300m。与青藏铁路西格段柴达尔支线柴达尔车站相连，线路沿哈尔盖曲北上，穿越大通山垭口，跨过大通河西行经江仓煤矿至终点木里煤矿，线路全长142.04千米。线路所经地区地形、地质复杂，沿线出漏地层主要有第四纪全新统冲、洪积砂类土、卵石土、碎石类土和更新统冰川冰水沉

2、积的碎石类土。施工难度较大，沿线分布有高含冰量多年冻土、湿地、风吹雪害，路基工程需特殊处理。中国铁建第十一局集团公司承建的DT9标段全长13.625千米，起止里程DK95+992DK109+607。紧邻祁连山脉和大通河,土质以砾石土为主,变化范围在含细粒土砾及卵石质土之间,这样的土质,单纯地采用铁路工程土工试验规程（TB 10102-2004）提供的几种检测压实度方法,都将不能真实地反映路基压实情况。因此,必须提出有针对性并行之有效的压实度检测方法。1 路基填料存在的问题分析 为了充分地对取土场的土进行鉴别,并对土的性状作出客观评价。试验人员首先在确定的DK97+140、DK102+600、D

3、K106+300三个土场各开挖出一个宽5m,深3m的垂直断面取土样,通过对每个土场断面的目测观察（如下图）,总结出三个土场都具有如下特点:土颗粒组成复杂,巨粒组，粗粒组、细粒组呈层状分布分层并无规律,各粒组含量变化范围大。从路基填料施工的角度来讲,这种土质是一种较好的路基填料,用这种土填筑的路基具有很高的强度。但它的强度与土的松散程度密切相关,只有达到规范要求的压实度才有强度可言。而压实度正是这类土填筑的路基在质量控制方面的要点。因为压实度的控制标准室内标准击实试验所得最大干密度值是随土的粒组含量变化而变化的。在实际的施工过程中,很难人为地控制好土中各粒组的含量。既然土中各粒组的含量是变化的,

4、那么就要从室内击实试验和现场压实度检测方法两方面入手,提出可作为压实度检测依据的动态压实度检测标准值(最大干密度)和行之有效的动态压实度检测方法。2 检测方法解决方案 问题的解决方法可依据TB 101022004 铁路工程土工试验规程中的(容积:2103.9cm3) ,适用于粒径不大于40mm的土。当试样中粒径大于各方法相应最大粒径5mm、20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%30%时，其最大干密度和最优含水率应进行校正。然后按公式对所得最大干密度进行校正。公式如下: 1 （1）式中:dmax 校正后试样的最大干密度（g/cm3），计算至0.01g/cm3； dmax 粒径小于5mm、20

5、mm或40mm的试样试验所得最大干密度（g/cm3）； 试样中粒径大于5mm、20mm或40mm的颗粒含量的质量分数,%； 粒径大于5mm、20mm或40mm的颗粒毛体积密度（g/cm3）。 就理论基础而言,只要能确定土中各粒组的含量百分率,以及它们的毛体积比重,就可以得到相对应的土的最大干密度。击实试验方法对于含超粒径颗粒的土给出的最大干密度校正公式,是基于5mm、20mm或40mm以下的土各粒组含量较为均匀或变化很小,不会使击实试验所得最大干密度有太大波动,从而可以忽略粒组含量变化对击实试验所得最大干密度的影响。据此,提出了解决问题的基本方案:将取土场的土样过5 mm 筛做室内标准击实试验

6、,得到5 mm 以下土的最大干密度,然后套用式(1)校正5 mm以上颗粒不同含量的最大干密度。压实度现场检测采用灌砂法,按试坑内挖出的土样求出5mm以上颗粒含量,按此含量用式(1)校正最大干密度值。这样的检测方法使每一个压实度检测点按5mm以上颗粒含量不同都对应唯一的压实度控制标准值。3 检测方案验证 首先,要搞清楚5mm以下土样是否可以忽略粒组细微变化的影响,而具有大致相同的最大干密度。这是套用校正公式(1)的基础。在每个不同的取土场开挖的断面上的三个不同位置取土样,过5mm筛后,分别做室内标准击实试验,得出每个土场各自的最大干密度,见表1 ,从表1中可以看出土场不同但土的最大干密度只有微小

7、的变化,是可以套用校正公式的,但是还需要验证套用公式的可靠性,这就需要进行对比试验。取5mm以上土颗粒含量为0 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %六个级别,再分别做标准击实试验,得出六个含量级别的最大干密度,再将0 %含量的最大干密度按式(1)校正出5mm以上含量为10 %、20 %、30 %、40 %、50 %的最大干密度,最后进行对比,数据见表2 。表1 土样最大干密度土样编号1号2号3号最大干密度 （g/cm3）2.112.112.12表2 标准击实数据对比5mm以上颗粒含量（%）01020304050标准击实最大干密度（g/cm3）2.112.152.192.242.

8、302.35公式校正值（g/cm3）2.1102.1552.2022.2522.3032.357图1 砾石颗粒含量与最大干密度的线性关系 从表2中数据可知,标准击实试验所得最大干密度与公式校正所得数据有很好的相关性,证明套用校正公式是可行的, 在直角坐标计算纸上以5mm以上颗粒含量(P )为横坐标,最大干密度()为纵坐标绘制P-关系曲线,见图1 ,发现P 之间有很好的线性关系。经线性回归分析,得到一元线性回归方程:y = 2.1063 + 0.0049 x (2)式中: y ,最大干密度,g/cm3 ； x P ,5mm以上颗粒含量, %。 在路基试验段施工过程中,压实度检测采用直径200mm

9、的大型灌砂筒,试坑内挖出的土样过5mm筛,求出5mm以上颗粒含量。将其含量带入线性回归方程式(2),计算最大干密度。灌砂法所得土样干密度与标准击实试验计算所得最大干密度的比值的百分数,即为该点的压实度,用这样的动态检测方法在试验段实施压实度检测过程中,压实度波动很小,现场检测也未出现压实度超百现象,从而验证了检测方案的可行性。4 实际操作应注意要点 1) 含水量试验取样要均匀,应当将试坑内挖出的全部土样混合均匀,用四分法取大致500g土进行烘干,这样才能得到准确的含水量,否则5mm以上颗粒含量变化将影响含水量的准确性。 2) 按规程要求每10000m3土做一次5mm以下土样击实试验及5mm以上

10、颗粒毛体积比重试验,验证5mm以下土样最大干密度及5mm以上颗粒毛体积比重的变化情况,如果变化较大,应当及时修正线性回归方程。 3) 线性回归方程中x (5mm以上颗粒含量)取值范围的限定。按照填充理论,当5mm以上颗粒所形成的空隙刚好被5mm以下颗粒填充,此时5mm以上颗粒含量是一个临界值,这时最大干密度将达到最大值,5 mm以上颗粒含量继续增加最大干密度值将不再增大,不能套用校正公式(1),线性回归方程也不成立,应当以室内击实试验所得最大干密度为准。 4) 施工中最佳含水量一般可以不考虑超粒径颗粒吸水率的影响,而不进行修正,但是当试样中粒径大于各方法相应最大粒径5mm、20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%3