高原礫石土路基填料的壓實(shí)度檢測方法探討

1、高原礫石土路基填料的壓實(shí)度檢測方法探討二公司 張寧摘要:就粒組復(fù)雜的礫石土作為高原鐵路路基填料,針對(duì)土的性狀,從室內(nèi)重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)、現(xiàn)場壓實(shí)度檢測入手,介紹了動(dòng)態(tài)壓實(shí)度的檢測方法,并指出試驗(yàn)檢測過程中的注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:壓實(shí)度,最大干密度,含水量引言 新建地方鐵路柴達(dá)爾至木里，位于青海省東北部的剛察縣和天俊縣境內(nèi)，海拔高程3550m4300m。與青藏鐵路西格段柴達(dá)爾支線柴達(dá)爾車站相連，線路沿哈爾蓋曲北上，穿越大通山埡口，跨過大通河西行經(jīng)江倉煤礦至終點(diǎn)木里煤礦，線路全長142.04千米。線路所經(jīng)地區(qū)地形、地質(zhì)復(fù)雜，沿線出漏地層主要有第四紀(jì)全新統(tǒng)沖、洪積砂類土、卵石土、碎石類土和更新統(tǒng)冰川冰水沉

2、積的碎石類土。施工難度較大，沿線分布有高含冰量多年凍土、濕地、風(fēng)吹雪害，路基工程需特殊處理。中國鐵建第十一局集團(tuán)公司承建的DT9標(biāo)段全長13.625千米，起止里程DK95+992DK109+607。緊鄰祁連山脈和大通河,土質(zhì)以礫石土為主,變化范圍在含細(xì)粒土礫及卵石質(zhì)土之間,這樣的土質(zhì),單純地采用鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程（TB 10102-2004）提供的幾種檢測壓實(shí)度方法,都將不能真實(shí)地反映路基壓實(shí)情況。因此,必須提出有針對(duì)性并行之有效的壓實(shí)度檢測方法。1 路基填料存在的問題分析 為了充分地對(duì)取土場的土進(jìn)行鑒別,并對(duì)土的性狀作出客觀評(píng)價(jià)。試驗(yàn)人員首先在確定的DK97+140、DK102+600、D

3、K106+300三個(gè)土場各開挖出一個(gè)寬5m,深3m的垂直斷面取土樣,通過對(duì)每個(gè)土場斷面的目測觀察（如下圖）,總結(jié)出三個(gè)土場都具有如下特點(diǎn):土顆粒組成復(fù)雜,巨粒組，粗粒組、細(xì)粒組呈層狀分布分層并無規(guī)律,各粒組含量變化范圍大。從路基填料施工的角度來講,這種土質(zhì)是一種較好的路基填料,用這種土填筑的路基具有很高的強(qiáng)度。但它的強(qiáng)度與土的松散程度密切相關(guān),只有達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度才有強(qiáng)度可言。而壓實(shí)度正是這類土填筑的路基在質(zhì)量控制方面的要點(diǎn)。因?yàn)閴簩?shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度值是隨土的粒組含量變化而變化的。在實(shí)際的施工過程中,很難人為地控制好土中各粒組的含量。既然土中各粒組的含量是變化的,

4、那么就要從室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)和現(xiàn)場壓實(shí)度檢測方法兩方面入手,提出可作為壓實(shí)度檢測依據(jù)的動(dòng)態(tài)壓實(shí)度檢測標(biāo)準(zhǔn)值(最大干密度)和行之有效的動(dòng)態(tài)壓實(shí)度檢測方法。2 檢測方法解決方案 問題的解決方法可依據(jù)TB 101022004 鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程中的(容積:2103.9cm3) ,適用于粒徑不大于40mm的土。當(dāng)試樣中粒徑大于各方法相應(yīng)最大粒徑5mm、20mm或40mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的5%30%時(shí)，其最大干密度和最優(yōu)含水率應(yīng)進(jìn)行校正。然后按公式對(duì)所得最大干密度進(jìn)行校正。公式如下: 1 （1）式中:dmax 校正后試樣的最大干密度（g/cm3），計(jì)算至0.01g/cm3； dmax 粒徑小于5mm、20

5、mm或40mm的試樣試驗(yàn)所得最大干密度（g/cm3）； 試樣中粒徑大于5mm、20mm或40mm的顆粒含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%； 粒徑大于5mm、20mm或40mm的顆粒毛體積密度（g/cm3）。 就理論基礎(chǔ)而言,只要能確定土中各粒組的含量百分率,以及它們的毛體積比重,就可以得到相對(duì)應(yīng)的土的最大干密度。擊實(shí)試驗(yàn)方法對(duì)于含超粒徑顆粒的土給出的最大干密度校正公式,是基于5mm、20mm或40mm以下的土各粒組含量較為均勻或變化很小,不會(huì)使擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度有太大波動(dòng),從而可以忽略粒組含量變化對(duì)擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度的影響。據(jù)此,提出了解決問題的基本方案:將取土場的土樣過5 mm 篩做室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)

6、,得到5 mm 以下土的最大干密度,然后套用式(1)校正5 mm以上顆粒不同含量的最大干密度。壓實(shí)度現(xiàn)場檢測采用灌砂法,按試坑內(nèi)挖出的土樣求出5mm以上顆粒含量,按此含量用式(1)校正最大干密度值。這樣的檢測方法使每一個(gè)壓實(shí)度檢測點(diǎn)按5mm以上顆粒含量不同都對(duì)應(yīng)唯一的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)值。3 檢測方案驗(yàn)證 首先,要搞清楚5mm以下土樣是否可以忽略粒組細(xì)微變化的影響,而具有大致相同的最大干密度。這是套用校正公式(1)的基礎(chǔ)。在每個(gè)不同的取土場開挖的斷面上的三個(gè)不同位置取土樣,過5mm篩后,分別做室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn),得出每個(gè)土場各自的最大干密度,見表1 ,從表1中可以看出土場不同但土的最大干密度只有微小

7、的變化,是可以套用校正公式的,但是還需要驗(yàn)證套用公式的可靠性,這就需要進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。取5mm以上土顆粒含量為0 %、10 %、20 %、30 %、40 %、50 %六個(gè)級(jí)別,再分別做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn),得出六個(gè)含量級(jí)別的最大干密度,再將0 %含量的最大干密度按式(1)校正出5mm以上含量為10 %、20 %、30 %、40 %、50 %的最大干密度,最后進(jìn)行對(duì)比,數(shù)據(jù)見表2 。表1 土樣最大干密度土樣編號(hào)1號(hào)2號(hào)3號(hào)最大干密度 （g/cm3）2.112.112.12表2 標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比5mm以上顆粒含量（%）01020304050標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)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圖1 礫石顆粒含量與最大干密度的線性關(guān)系 從表2中數(shù)據(jù)可知,標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度與公式校正所得數(shù)據(jù)有很好的相關(guān)性,證明套用校正公式是可行的, 在直角坐標(biāo)計(jì)算紙上以5mm以上顆粒含量(P )為橫坐標(biāo),最大干密度()為縱坐標(biāo)繪制P-關(guān)系曲線,見圖1 ,發(fā)現(xiàn)P 之間有很好的線性關(guān)系。經(jīng)線性回歸分析,得到一元線性回歸方程:y = 2.1063 + 0.0049 x (2)式中: y ,最大干密度,g/cm3 ； x P ,5mm以上顆粒含量, %。 在路基試驗(yàn)段施工過程中,壓實(shí)度檢測采用直徑200mm

9、的大型灌砂筒,試坑內(nèi)挖出的土樣過5mm篩,求出5mm以上顆粒含量。將其含量帶入線性回歸方程式(2),計(jì)算最大干密度。灌砂法所得土樣干密度與標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)計(jì)算所得最大干密度的比值的百分?jǐn)?shù),即為該點(diǎn)的壓實(shí)度,用這樣的動(dòng)態(tài)檢測方法在試驗(yàn)段實(shí)施壓實(shí)度檢測過程中,壓實(shí)度波動(dòng)很小,現(xiàn)場檢測也未出現(xiàn)壓實(shí)度超百現(xiàn)象,從而驗(yàn)證了檢測方案的可行性。4 實(shí)際操作應(yīng)注意要點(diǎn) 1) 含水量試驗(yàn)取樣要均勻,應(yīng)當(dāng)將試坑內(nèi)挖出的全部土樣混合均勻,用四分法取大致500g土進(jìn)行烘干,這樣才能得到準(zhǔn)確的含水量,否則5mm以上顆粒含量變化將影響含水量的準(zhǔn)確性。 2) 按規(guī)程要求每10000m3土做一次5mm以下土樣擊實(shí)試驗(yàn)及5mm以上

10、顆粒毛體積比重試驗(yàn),驗(yàn)證5mm以下土樣最大干密度及5mm以上顆粒毛體積比重的變化情況,如果變化較大,應(yīng)當(dāng)及時(shí)修正線性回歸方程。 3) 線性回歸方程中x (5mm以上顆粒含量)取值范圍的限定。按照填充理論,當(dāng)5mm以上顆粒所形成的空隙剛好被5mm以下顆粒填充,此時(shí)5mm以上顆粒含量是一個(gè)臨界值,這時(shí)最大干密度將達(dá)到最大值,5 mm以上顆粒含量繼續(xù)增加最大干密度值將不再增大,不能套用校正公式(1),線性回歸方程也不成立,應(yīng)當(dāng)以室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度為準(zhǔn)。 4) 施工中最佳含水量一般可以不考慮超粒徑顆粒吸水率的影響,而不進(jìn)行修正,但是當(dāng)試樣中粒徑大于各方法相應(yīng)最大粒徑5mm、20mm或40mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的5%3