最佳含水量和最大干密度如何压实

2.2　土的压实原理

土的压实是指利用机械能使土中空气排出、孔隙减小、土密实度提高的方法。对黏性土来说，土样含水量较小时，粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差；当增大土样含水量时，结合水膜逐渐增厚，引力减小，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好；但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，占据了空间，从而阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，这就是土的压实机理。

垫层、公路路堤、土坝以及建筑场地的回填土等，都是以土作为材料。土体由于经过开挖、搬运及堆筑，原有结构遭到破坏，含水量发生变化，堆填时必然造成土体中留下很多孔隙，必须进行人工压实，以提高其均匀性、增大抗剪强度和水稳定性，减少压缩性，满足工程需要。

土的压实程度往往通过土的干密度测定，采用压实系数进行评定。所谓压实系数定义为工地压实时要求达到的干密度ρ_d与室内击实试验所得到的最大干密度ρ_dmax之比值。

土的最大干密度可用室内击实试验确定。击实试验分轻型和重型两种，或称之为标准击实试验（Proctor Test）和改进的标准击实试验（Modified Proctor Test），击实筒容积分别为947.4cm³和2 103.9cm³；击锤质量分别为2.5kg和4.5kg；落高分别为305mm和457mm。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的黏性土，而重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土，采用三层击实时，最大粒径不大于40mm。

由一组几个（通常为5个）不同含水量的同一种土样分别进行击实试验，可绘制出击实曲线，如图2.1中所示。击实曲线反映土的压实特性如下：

（1）对于某一土样，在一定的击实功作用下，只有当土的含水量为某一适宜值时，土样才能达到最密实，因此在击实曲线上必然会出现一峰值，峰点所对应的纵坐标值为最大干密度ρ_dmax，对应的横坐标值为最优（佳）含水量w_op。

（2）土在击实（压实）过程中，是通过挤出土中气体来达到压实目的的。同时，当土的含水量接近或大于最优含水量时，土孔隙中的气体越来越处于与大气不连通的状态，击实作用已不能将其排出土体之外。一般压实最好的土，气体含量也还有3%～5%（以总体积计）留在土中，亦即击实土不可能被压实到完全饱和状态，因此击实曲线位于饱和曲线的左侧而不可能与饱和曲线相切或相交。

（3）当含水量低于最优含水量时，干密度受含水量变化的影响较大，即含水量变化对干密度的影响在偏干时比偏湿时更加明显。因此，击实曲线的左段（低于最优含水量）的坡度比右段要陡。

实践表明，土的压实性，除了受含水量影响外，还与土类及级配、压实功能等多种因素有关（图2.1，图2.2）。一般来说，黏性土随塑性指数增大，其最佳含水量增高，而最大干密度降低。《美国海军工程设计指南》（U.S.Navy，1962）给出了式（2.1），式（2.2），可以用来估计标准击实试验的最佳含水量和最大干密度，式中w_l为液限，I_p为塑性指数。

图2.1　不同土的击实曲线

图2.2　不同击数下的击实曲线

图2.3　轻型与重型击实试验的最大干密度关系图

如果改变压实功能，则曲线的基本形态不变，但曲线位置发生移动，如图2.2。一般来说加大压实功能，最大干密度增大，最优含水量减小，亦即压实功能愈大，则愈容易克服粒间引力，因此在较低含水量下可达到更大的密实程度。图2.3为轻型和重型击实试验得出的最大干密度差异范围，轻型击实试验的最大干密度是重型击实试验的干密度的85%～97%，而前者的最佳含水量往往比后者高2%～5%。图2.4是黏性土击实试验的结果，表明最大干密度与击实功的对数基本呈线性关系。需要注意的是，当含水量超过最佳含水量一定值后，增大击实功对提高击实效果就不明显了。

图2.4　黏性土最大干密度随击实功变化关系图^［9］

公路路基施工工程中为更好地控制现场填筑施工质量，根据室内试验的制样方法，将击实试验分为“干法”、“湿法”或“修正湿法”。一般填土材料采用交通部颁发的《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）中的“干法”重型击实方法；对结构性高液限黏土（包括路用膨胀土）及其改良土，采用“干法”重型击实试验，实际应用往往存在困难，可采用试验过程更加符合实际碾压情况的“湿法”重型击实方法，或工程应用较方便的“修正湿法”重型击实方法。路基填筑施工控制中，根据操作简单、应用方便、指标合理的原则选用。