压实填土最大干密度理论计算值与试验值的分析对比

肖轶业，刘 萌，孙大鹏 山东明嘉勘察测绘有限公司，山东 淄博 255086

压实填土广泛应用于路基施工、轻型建筑物的地基施工过程中，具有成本低、易取材，施工简单的特点。对填土质量的控制是地基施工质量控制的重要环节，规范规定采用压实度作为填土压实施工及验收质量的控制标准，针对性质不同的填土材料，检测方法通常采用环刀法(测定细粒土)、灌砂法(测定粗粒土)等。由于不同填土材料、性质不同的工程所要求的压实效果各不同，故根据不同工程对压实填土的设计及使用要求，预先设计压实试验参数，作为施工过程中控制和验收压实填土的质量标准。实测压实度即为现场检测压实土层的干密度与最大干密度的比值。在控制含水率接近最佳含水量的前提下，当实测压实度大于或等于标准压实度时，为压实合格。

按照常规考虑，土层的检测干密度一般都小于或等于其最大干密度，但有时会出现土层的实测干密度大于其最大干密度的情况，即压实度大于1.0，出现这种问题究竟是检测过程的误差所致还是属正常理论范畴。本文通过理论公式推导并结合工程实践对最大干密度进行了分析，提出了一些自己的看法和理解。

1 由室内标准击实试验求得的最大干密度

标准击实试验根据单位体积击实功不同分为轻型和重型两种，《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)规定，轻型击实试验适用于粒径小于5mm 的粘性土，重型击实试验适用于粒径不大于20mm 的土，三层击实时，最大粒径不大于40mm。轻型击实试验的击实筒容积为947cm3，击锤的质量为2.5kg，单位体积击实功约592.2kJ/m3，落高为30.5cm;重型击实试验的击实筒容积为2104cm3，击锤的质量为4.5kg，单位体积击实功约2684.9kJ/m3，落高为45.7cm，分五层击实，每层锤击56 下。公路规范求得某一土料的最大干密度常采用重型击实试验，具体做法如下:首先分别将土料调制成不同的含水率，然后分别对不同含水量的土料进行击实试验并求出其相应的干密度，并绘制干密度和含水量关系曲线，分析得到土料的最大干密度ρdmax和最优含水率Wop。

由土的击实理论可知，土料的最大干密度，主要受击实功的大小影响，且与土料的含水量、种类、颗粒级配、包含物成分及成因密切相关，最大干密度变化随最佳含水量增大而逐渐减小，随击实功的增加而逐渐增大，但其增大或减小的幅度逐渐降低。

2 理论推导绝对最大干密度

假定某一土样含水率为固定值，假定土粒体积Vs=1，孔隙体积Vv=e，则土体体积V=Vs+Vv=1 +e，土粒比重Gs，土样含水率W(单位为%)，饱和度为Sr(单位为%)，根据理论公式，土体的绝对最大干密度为:

式中ρd-土体干密度，单位g/cm3;ρs-土粒干密度，单位g/cm3;ms-土粒质量，单位g;V-土体总体积，单位cm3;Vv-孔隙体积，单位cm3;Vw-水的体积，单位cm3;ρW-水的密度，单位g/cm3;e-土体的孔隙比;

从上式可以看出，在土料一定下，当土体饱和度Sr=100%时，即土体中空气全部排出，孔隙为水所充满时，土体的干密度得到绝对最大值，即下式:

若含水量采用百分数表达，则为

从⑤或⑥式可看出，当土料一定时，其颗粒Gs比重一定，水的密度ρw为定值，相应于已知某一个含水量，就可以求得其对应的绝对最大干密度。

3 理论推导及现场实验的结果对比

在实际工程中，常会遇到检测的干密度值大于由击实试验求得的最大干密度的现象，出现这种情况是正常的。问题在于检测值比试验值大多少为正常，通过理论计算的最大干密度可以进行解释。总之，在保证土料质量和含水率一定前提下，当检测的干密度值小于绝对最大干密度时，该检测值及其对应的压实度是正确的;反之，其检测结果必定是错误的。

现有一工程实例，拟建北京路昌国路南延工程，采用压实填土地基，填土材料为粉质粘土，采用重型击实试验进行测试，室内击实试验求得的最大干密度ρdmax=1.88g/cm3，最优含水量为Wop=13.8%，土粒比重Gs为2.71g/cm3。地基施工结束后采取6 组检测数据，其中第2组和第4 组数据压实度大于100%，现用绝对最大干密度进行检验，结果见表1。

表1 试验检测数据与绝对最大干密度对比表

从中可以看出，2#和4#测点压实度超过100%，但其对应的试验干密度仍然小于绝对最大干密度，故土体仍有被压实的空间，同时说明由室内击实试验求得的最大干密度与施工结果相比偏小。

伴随施工技术和机械化水平的不断提高，对土体的压实要求也越来越高，若仍单纯以室内击实试验数据为依据来指导施工，恐怕难以适应施工中的设备能级状况和对压实质量的要求，因此，为更好评定路基填土质量和指导路基填土的施工，最大干密度的试验标准不能一成不变，它应伴随该时期的平均施工技术水平和机械设备的先进程度不断调整;但应说明一点的是，填土的最大干密度是有极限的，而不是可以无限增大的。

4 结论

不同材料所要求的压实效果是不同的，可通过假设土体在质量和含水量为固定值的前提下用理论公式求得其绝对最大干密度，作为检测压实结果的依据。

由标准击实试验求的最大干密度，应伴随该时期的平均施工技术水平和机械设备的先进程度不断调整，相应的规范标准应随着施工水平的不断发展进行修订。

为使室内试验数据能更好的指导施工，建议采用与施工设备相同的击实功进行室内击实试验，这样得到的最大干密度和最优含水量能与施工数据更接近，对施工过程中的质量和问题能更好的控制。

［1］《土力学与地基基础》高大钊(中国建筑工业出版社).

［2］《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012).

［3］《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999).