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【摘 要】在工程建设中，经常遇到填土或松软地基，为了提高填土的强度，使土变得密实，降低其透水性和压缩性，常将填土压实，这往往是一种经济合理的改善土的工程性质的方法。这里所说的击实是指采用人工或机械施加夯压能量（如打夯，碾压，振动碾压等方式），使土颗粒重新排列变密实，增强粗粒土之间的表面摩擦力和颗粒间嵌挤形成的咬合力，以及使细粒土靠紧而增强粒间的分子引力，从而在短期内提高土的强度以达到改善土的工程性质的目的。在击实试验过程中是为了得到土的最大干密度及其对应的最佳含水率，而影响土的最大干密度和最佳含水率因素较多，通过对这些影响击实效果因素的分析，提高土的击实效果，以利工程实践。
【关键词】击实试验；最大干密度；最佳含水率
Compaction Test of Soil
Chen Zhou-wen
(Guangdong Higher Technical School of Transportation Guangzhou Guangdong 510000)
【Abstract】In engineering construction, often encountered in filling or soft ground, in order to improve the strength of the fill, so that soil has become compacted, reducing its permeability and compressibility, often to fill compaction, which often is an economic and reasonable engineering properties of soil improvement methods. Compaction are talking about here is imposed by artificial or mechanical compaction energy (such as tamping, rolling, vibration, rolling, etc.), so that changes of soil particles to rearrange the dense, enhancing the surface friction between granular soil and the formation of particles embedded in crowded bite force, and to try to be fine-grained soil particles and enhanced inter-molecular attraction, which in the short term to improve soil strength to meet the engineering properties of soil improvement purposes. In the process of compaction test is to obtain maximum dry density and corresponding optimum water content, and influence of maximum dry density and optimum moisture content of many factors, through the effects of these factors affect the analysis of compaction, improve the effect of soil compaction to facilitate the engineering practice.
【Key words】Compaction test;Maximum dry density;The optimum water cont
在工程建设中经常会遇到需要将土压实的问题，例如路堤、桥台、土坝、飞机厂、运动场、挡土墙、埋设管道、建筑物地基以及基坑回填等。由于填土经过挖掘搬运填筑后，含水率等原状结构已被破坏，土粒之间孔隙变多，未经压实的填土强度低。为了提高填土的强度，增加土的密实度，使其满足稳定性和变形方面的工程要求，通常按一定的标准用分层压实的办法来处理地基，通过对土的最大干密度和最佳含水率的研究使填土性质更利工程实践。土的最大干密度和最佳含水率可通过室内击实试验来测得。室内击实试验采用击实仪法，对土按一定的标准加以击实，使土密度增大，通过测定土样在一定压实功能作用下达到的最大干密度和此时的最佳含水率，了解土的压实特性，作为选择填土密度、堆填方法、碾压方法、压实机械以及夯实次数等参数的主要依据，为指导和控制施工质量，为工程设计和验收使用，同时，还为路面结构层原材料配合比设计提供依据。试验时根据工程要求，按规范规定选择轻型或重型试验方法，根据土的性质（含易击碎风化石数量多少，含水率高低）选用干土法或湿土法。按标准要求制备一组（不少于5个）试样，用同样的击实方法分别对每一份试样进行击实后，测定并计算各试样击实后的含水率w和干密度ρd ，以干密度 ρd 为纵坐标，含水率w为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线，在曲线上峰点的纵、横坐标分别为最大干密度ρdmax和最佳含水率Wo，如图1所示。
图1 含水率与干密度关系曲线
目前国内常用的室内击实试验方法有轻型击实试验和重型击实试验两种。轻型击实试验主要应用于水库、堤坝、铁路路基填土；重型击实试验主要应用于高等级公路填土和机场跑道等。以下试验以JTGE40-2007《公路土工试验规程》T0131-2007试验方法标准，说明在击实试验过程中影响土的最佳含水率和最大干密度的一些主要因素。
1. 击实试验
1.1 目的和适用范围。
本试验方法适用于细粒土。
本试验分轻型和重型击实。轻型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。重型击实试验适用于粒径不大于40mm的土。
当土中最大颗粒粒径大于或等于40mm，并且大于或等于40mm颗粒粒径质量大于5%时，则应试验大尺寸击实试筒进行击实试验，或按5.4条进行最大干密度校正。大尺寸试筒要求其最小尺寸大于大于土样中最大颗粒粒径的5倍以上，并且击实试验的分层厚度应大于土样中最大颗粒粒径的3倍以上。单位体积击实功能控制在2677.2~2687.0kj/m3范围内。
当细粒土中的粗粒土总含量大于40%或粒径大于0.005mm颗粒的含量大于土总质量的70%（即d30≤0.005mm）时，还应做粗粒土最大干密度试验，其结果与重型击实试验结果比较，最大干密度取两种试验结果的最大值。
1.2 仪器设备和试验条件。
JTGE40-2007《公路土工试验规程》中的击实试验所用仪器主要部件和试验条件应符合表1的规定。
1.3 试样制备。
(1)干土法(土不重复使用)。
由于击实曲线一定要出现峰值点,由经验可知,最大干干密度的峰值往往都在塑限含水率附近,根据土的击实原理,峰值点就是孔隙比最小的点,按四分法至少要准备5个试样,分别加入不同水分（按2%～3%含水率递增）,拌匀后闷料一夜备用。
(2)湿土法(土不重复使用)。
湿土法主要适用于高含水率土,可省略过筛步骤,用手拣除大40mm的粗石子即可。保持天然含水率的第一个土样，可立即用于击实试验。其余几个试样，将土分成小土块，分别风干，使含水率按2%～3%递减。
1.4 操作步骤。
(1)分层击实。
将击实筒放在坚硬的地面上，在筒壁上抹一薄层凡士林，并在筒底（小试筒）或垫块（大试筒）上放置蜡纸或塑料薄膜。取制备好的土样2～6Kg，分3~5层倒入筒内，整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层土的击实，击实时落锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于土面上，第一层击实后，将试样层面“拉毛”然后再装第二层土，重复上述方法进行其余各层土的击实。小试筒击实后，试样不应高出筒顶面5mm；大试筒击实后，试样不应高出筒顶面6mm。
(2)称击实筒加土的质量。
用修土刀沿套环内壁削挖后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平土样，拆除底板，擦净筒外壁，称量，准确至1g。
(3)测含水率。
用推土器推出筒内试样，在土样中心处取两个各约150～300g的土样，平行测其含水率，计算至0.1%，平行误差应小于1％。
重复上述（1）、（2）、（3）步骤，依次将其余不同含水率的4个试样进行分层击实和测定含水率。
1.5 数据整理。
(1)计算密度。
按下式分别计算击实后土的湿密度ρ和干密度ρd，计算至g／cm3。
ρ＝m／V
ρd＝ρ／（1＋0.01w）
式中：m击实后湿土质量，g；V击实筒容积，cm3；W含水率。
(2)绘制曲线。
以干密度ρd为纵坐标，以含水率w为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线。曲线上峰值点所对应的纵横坐标分别为该土的最大干密度和最佳含水率，如图1所示。如关系曲线不能绘出明显的峰值点，应进行补点或重做。
2. 土的室内击实试验结果影响因素及分析
压实就是指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生位移，土颗粒重新排列，使土中的孔隙减小，密实度增大。压实功能是指每单位体积所消耗的能量，压实功能愈大，得到的最优含水率愈小，相应的最大干密度愈高，可见压实功能是影响击实效果的一个重要因素，通过压实功能影响击实效果的主要表现有：
2.1 含水率的影响。
按确定含水率制备试样后，需进行闷料。由于闷料设备密封性和室温原因，试验在闷料过程中，会有水分损失。尤其在较高室温情况下水损失率更大。同样的土样，含水率随着温度的增加而明显降低，笔者通过大量试验得到下列经验：
2.2 余土高度的影响。
试样击实后总会有部分土超过或未达到筒顶高,这部分土柱称为余土高度。标准击实试验所得的击实曲线是指余土高度为零时的单位体积击实功能下土的干密度和含水率的关系曲线。笔者对此进行了大量试验，得出在含水率相同时，余土高度与干密度的关系如表2所示。
含水率与干密度曲线是以击实筒容积为体积的等单位功能曲线，但由于在实际的操作中总会存在或多或少的余土高度，如果余土高度过大，则压实曲线上的干密度就不再是一定功能下的干密度，试验结果的误差会增大。理论上，余土高度越高，单位体积功就越大，从而干密度会越大。从表3可知，余土高度越大，干密度越小。这是因为在击实过程中，并不能使筒表面土达到相同高度，导致筒表面高度和密度不均匀,试样所受的单位体积击实功能相应减小，从而出现上述结果。因此，击实试验既要保证筒表面土的均匀性，也要保证击实功的均匀性。
2.3 每层击实后试样高度对结果的影响。
试样击实时,是分3层装入试筒的,每层试样高度宜相等,两层交界处的土面应拉毛.每层试样高度约为筒高的三分之一。笔者对此进行了大量试验，得出在含水率相同时，对同一种土进行击实试验，每层试样高度基本一致（约为筒高的三分之一）与不一致的干密度如表4所示。
从表4中可知,1#和2#每层试样高度基本一致,其干密度约为1.96g/cm3,3#、4#、5#样的每层高度都不一致，其干密度比1#和2#样要低0.03g/cm3～0.05g/cm3。理论上，装入试筒的试样的层高均等时，土体的所受的击实功能是最大的，则其干密度也是最大的。当有层高不一致时，试样所受的单位体积击实功能相应减小，土体的密实度相对变小。对土样击实后层高试验的分析再次验证了击实试验要保证击实功的均匀性。
2.4 试样中超尺寸颗粒的影响。
当试样中有大于38mm颗粒时，应先取出大于38mm颗粒，并求得其百分率P，把小于38mm部分作为击实试验，按下面公式分别对试验所得最大干密度和最佳含水率进行校正（适用于大于38mm颗粒的含水率小于30%时。）
ρ'=1(1-0.01P)ρdm+0.01PG's
公式中各符号定义详见JTGE-40-2007《公路土工试验规程》T0131-2007。
3. 结语
通过土的室内击实试验以上几点主要影响因素的分析，我们知道在试验过程中，对土的压实影响因素很多。如土的含水率，由击实曲线可知，严格控制最佳含水率是关键。击实功对最佳含水率和最大干密度的影响也很大，对同一种土，击实功愈大的，土的干密度愈大，而最佳含水率越小。余土高度要尽量保持试验规定范围内。土的粒径级配对所能达到的密实度有明显的影响，只有在良好级配条件下才能达到较好的密实度，也才能满足强度和稳定性的要求。在实际的工作中，不同的压实机械压实效果各不相同，对于不同土类，还必须选择合理的压实机械。试验人员一定要严格执行规范的要求，执行试验各个步骤，降低各种不合理因素的影响，提高土的击实效果。
参考文献
［1］ 交通部公路科学研究所.JTGE40-2007公路土工试验规程.北京：人民交通出版社，2007.
［2］ 中华人民共和国水利部.GB/T50123-1999土工试验方法标准.北京：中国计划出版社，1999.
［3］ 赵树德,土力学.北京:高等教育出版社,2006.
［文章编号］1006-7619（2011）04-27-418
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】击实试验；最大干密度；最佳含水率
Compaction Test of Soil
Chen Zhou-wen
(Guangdong Higher Technical School of Transportation Guangzhou Guangdong 510000)
【Abstract】In engineering construction, often encountered in filling or soft ground, in order to improve the strength of the fill, so that soil has become compacted, reducing its permeability and compressibility, often to fill compaction, which often is an economic and reasonable engineering properties of soil improvement methods. Compaction are talking about here is imposed by artificial or mechanical compaction energy (such as tamping, rolling, vibration, rolling, etc.), so that changes of soil particles to rearrange the dense, enhancing the surface friction between granular soil and the formation of particles embedded in crowded bite force, and to try to be fine-grained soil particles and enhanced inter-molecular attraction, which in the short term to improve soil strength to meet the engineering properties of soil improvement purposes. In the process of compaction test is to obtain maximum dry density and corresponding optimum water content, and influence of maximum dry density and optimum moisture content of many factors, through the effects of these factors affect the analysis of compaction, improve the effect of soil compaction to facilitate the engineering practice.
【Key words】Compaction test;Maximum dry density;The optimum water cont
在工程建设中经常会遇到需要将土压实的问题，例如路堤、桥台、土坝、飞机厂、运动场、挡土墙、埋设管道、建筑物地基以及基坑回填等。由于填土经过挖掘搬运填筑后，含水率等原状结构已被破坏，土粒之间孔隙变多，未经压实的填土强度低。为了提高填土的强度，增加土的密实度，使其满足稳定性和变形方面的工程要求，通常按一定的标准用分层压实的办法来处理地基，通过对土的最大干密度和最佳含水率的研究使填土性质更利工程实践。土的最大干密度和最佳含水率可通过室内击实试验来测得。室内击实试验采用击实仪法，对土按一定的标准加以击实，使土密度增大，通过测定土样在一定压实功能作用下达到的最大干密度和此时的最佳含水率，了解土的压实特性，作为选择填土密度、堆填方法、碾压方法、压实机械以及夯实次数等参数的主要依据，为指导和控制施工质量，为工程设计和验收使用，同时，还为路面结构层原材料配合比设计提供依据。试验时根据工程要求，按规范规定选择轻型或重型试验方法，根据土的性质（含易击碎风化石数量多少，含水率高低）选用干土法或湿土法。按标准要求制备一组（不少于5个）试样，用同样的击实方法分别对每一份试样进行击实后，测定并计算各试样击实后的含水率w和干密度ρd ，以干密度 ρd 为纵坐标，含水率w为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线，在曲线上峰点的纵、横坐标分别为最大干密度ρdmax和最佳含水率Wo，如图1所示。
图1 含水率与干密度关系曲线
目前国内常用的室内击实试验方法有轻型击实试验和重型击实试验两种。轻型击实试验主要应用于水库、堤坝、铁路路基填土；重型击实试验主要应用于高等级公路填土和机场跑道等。以下试验以JTGE40-2007《公路土工试验规程》T0131-2007试验方法标准，说明在击实试验过程中影响土的最佳含水率和最大干密度的一些主要因素。
1. 击实试验
1.1 目的和适用范围。
本试验方法适用于细粒土。
本试验分轻型和重型击实。轻型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。重型击实试验适用于粒径不大于40mm的土。
当土中最大颗粒粒径大于或等于40mm，并且大于或等于40mm颗粒粒径质量大于5%时，则应试验大尺寸击实试筒进行击实试验，或按5.4条进行最大干密度校正。大尺寸试筒要求其最小尺寸大于大于土样中最大颗粒粒径的5倍以上，并且击实试验的分层厚度应大于土样中最大颗粒粒径的3倍以上。单位体积击实功能控制在2677.2~2687.0kj/m3范围内。
当细粒土中的粗粒土总含量大于40%或粒径大于0.005mm颗粒的含量大于土总质量的70%（即d30≤0.005mm）时，还应做粗粒土最大干密度试验，其结果与重型击实试验结果比较，最大干密度取两种试验结果的最大值。
1.2 仪器设备和试验条件。
JTGE40-2007《公路土工试验规程》中的击实试验所用仪器主要部件和试验条件应符合表1的规定。
1.3 试样制备。
(1)干土法(土不重复使用)。
由于击实曲线一定要出现峰值点,由经验可知,最大干干密度的峰值往往都在塑限含水率附近,根据土的击实原理,峰值点就是孔隙比最小的点,按四分法至少要准备5个试样,分别加入不同水分（按2%～3%含水率递增）,拌匀后闷料一夜备用。
(2)湿土法(土不重复使用)。
湿土法主要适用于高含水率土,可省略过筛步骤,用手拣除大40mm的粗石子即可。保持天然含水率的第一个土样，可立即用于击实试验。其余几个试样，将土分成小土块，分别风干，使含水率按2%～3%递减。
1.4 操作步骤。
(1)分层击实。
将击实筒放在坚硬的地面上，在筒壁上抹一薄层凡士林，并在筒底（小试筒）或垫块（大试筒）上放置蜡纸或塑料薄膜。取制备好的土样2～6Kg，分3~5层倒入筒内，整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层土的击实，击实时落锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于土面上，第一层击实后，将试样层面“拉毛”然后再装第二层土，重复上述方法进行其余各层土的击实。小试筒击实后，试样不应高出筒顶面5mm；大试筒击实后，试样不应高出筒顶面6mm。
(2)称击实筒加土的质量。
用修土刀沿套环内壁削挖后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平土样，拆除底板，擦净筒外壁，称量，准确至1g。
(3)测含水率。
用推土器推出筒内试样，在土样中心处取两个各约150～300g的土样，平行测其含水率，计算至0.1%，平行误差应小于1％。
重复上述（1）、（2）、（3）步骤，依次将其余不同含水率的4个试样进行分层击实和测定含水率。
1.5 数据整理。
(1)计算密度。
按下式分别计算击实后土的湿密度ρ和干密度ρd，计算至g／cm3。
ρ＝m／V
ρd＝ρ／（1＋0.01w）
式中：m击实后湿土质量，g；V击实筒容积，cm3；W含水率。
(2)绘制曲线。
以干密度ρd为纵坐标，以含水率w为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线。曲线上峰值点所对应的纵横坐标分别为该土的最大干密度和最佳含水率，如图1所示。如关系曲线不能绘出明显的峰值点，应进行补点或重做。
2. 土的室内击实试验结果影响因素及分析
压实就是指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生位移，土颗粒重新排列，使土中的孔隙减小，密实度增大。压实功能是指每单位体积所消耗的能量，压实功能愈大，得到的最优含水率愈小，相应的最大干密度愈高，可见压实功能是影响击实效果的一个重要因素，通过压实功能影响击实效果的主要表现有：
2.1 含水率的影响。
按确定含水率制备试样后，需进行闷料。由于闷料设备密封性和室温原因，试验在闷料过程中，会有水分损失。尤其在较高室温情况下水损失率更大。同样的土样，含水率随着温度的增加而明显降低，笔者通过大量试验得到下列经验：
2.2 余土高度的影响。
试样击实后总会有部分土超过或未达到筒顶高,这部分土柱称为余土高度。标准击实试验所得的击实曲线是指余土高度为零时的单位体积击实功能下土的干密度和含水率的关系曲线。笔者对此进行了大量试验，得出在含水率相同时，余土高度与干密度的关系如表2所示。
含水率与干密度曲线是以击实筒容积为体积的等单位功能曲线，但由于在实际的操作中总会存在或多或少的余土高度，如果余土高度过大，则压实曲线上的干密度就不再是一定功能下的干密度，试验结果的误差会增大。理论上，余土高度越高，单位体积功就越大，从而干密度会越大。从表3可知，余土高度越大，干密度越小。这是因为在击实过程中，并不能使筒表面土达到相同高度，导致筒表面高度和密度不均匀,试样所受的单位体积击实功能相应减小，从而出现上述结果。因此，击实试验既要保证筒表面土的均匀性，也要保证击实功的均匀性。
2.3 每层击实后试样高度对结果的影响。
试样击实时,是分3层装入试筒的,每层试样高度宜相等,两层交界处的土面应拉毛.每层试样高度约为筒高的三分之一。笔者对此进行了大量试验，得出在含水率相同时，对同一种土进行击实试验，每层试样高度基本一致（约为筒高的三分之一）与不一致的干密度如表4所示。
从表4中可知,1#和2#每层试样高度基本一致,其干密度约为1.96g/cm3,3#、4#、5#样的每层高度都不一致，其干密度比1#和2#样要低0.03g/cm3～0.05g/cm3。理论上，装入试筒的试样的层高均等时，土体的所受的击实功能是最大的，则其干密度也是最大的。当有层高不一致时，试样所受的单位体积击实功能相应减小，土体的密实度相对变小。对土样击实后层高试验的分析再次验证了击实试验要保证击实功的均匀性。
2.4 试样中超尺寸颗粒的影响。
当试样中有大于38mm颗粒时，应先取出大于38mm颗粒，并求得其百分率P，把小于38mm部分作为击实试验，按下面公式分别对试验所得最大干密度和最佳含水率进行校正（适用于大于38mm颗粒的含水率小于30%时。）
ρ'=1(1-0.01P)ρdm+0.01PG's
公式中各符号定义详见JTGE-40-2007《公路土工试验规程》T0131-2007。
3. 结语
通过土的室内击实试验以上几点主要影响因素的分析，我们知道在试验过程中，对土的压实影响因素很多。如土的含水率，由击实曲线可知，严格控制最佳含水率是关键。击实功对最佳含水率和最大干密度的影响也很大，对同一种土，击实功愈大的，土的干密度愈大，而最佳含水率越小。余土高度要尽量保持试验规定范围内。土的粒径级配对所能达到的密实度有明显的影响，只有在良好级配条件下才能达到较好的密实度，也才能满足强度和稳定性的要求。在实际的工作中，不同的压实机械压实效果各不相同，对于不同土类，还必须选择合理的压实机械。试验人员一定要严格执行规范的要求，执行试验各个步骤，降低各种不合理因素的影响，提高土的击实效果。
参考文献
［1］ 交通部公路科学研究所.JTGE40-2007公路土工试验规程.北京：人民交通出版社，2007.
［2］ 中华人民共和国水利部.GB/T50123-1999土工试验方法标准.北京：中国计划出版社，1999.
［3］ 赵树德,土力学.北京:高等教育出版社,2006.
［文章编号］1006-7619（2011）04-27-418
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文