CN111397991A - 测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法 - Google Patents

测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，包括如下步骤:在待测城际铁路路基填料中加入预设含水率的水量，并拌合均匀，制备不少于5组的不同含水率的湿试样，预设含水率为预估最佳含水率；将湿试样装入试模中，然后将试模固定在振动击实仪上；降落振动击实仪振动锤直至完全与试模内湿试样接触，开启振动；取下试模，量测试件高度，其高度应该符合要求，测试试样的含水率，计算试样干密度；在不同含水率下分别进行振动击实试验，绘制干密度‑含水率关系曲线，曲线峰值所对应的干密度为最大干密度、其所对应的含水率为最佳含水率。本发明操作简便、结果可靠、变异性小；提高了室内标准密度和施工现场的压实要求。

Description

测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法
技术领域
本发明涉及交通土建工程技术领域，特别是涉及一种测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法。
背景技术
在修筑路基的过程中，为控制路基填料的压实质量，需要在室内测定其最大干密度与最佳含水率。在《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)中仍采用击实方法、振动台法或表面振动压实法获取最大干密度和成型试件，但其击实功及击实方式与现代重型振碾压实设备严重不符，以致室内击实功过低、最大干密度偏小，由此所确定的现场压实度容易出现超百现象，无法真正发挥现代重型振碾压实设备的功效。
重型击实方法是最为常见的确定路基土最大干密度的试验方法，该方法分5层击实、每层击实25次。击实锤往往会将粒径较大粒径的土砸碎，改变了试验材料的颗粒分布特性，导致测试结果失真；与现场振碾相比，击实过程缓慢，击实效果较差，导致试验前后材料水分变化大。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高路基的压实质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，包括以下步骤：
步骤1，取若干路基填料试样并风干至恒重，测试风干后试样的含水率；
步骤2，将风干至恒重的路基填料试样分成若干等份；
步骤3，将每份风干试样分别平铺于金属盘内，将应加的水量均匀喷洒在试样上，用拌合工具充分拌合均匀，再将路基填料试样密闭闷料；
步骤4，取步骤3中处理好的任一路基填料试样装入试模中，将试样进行振动击实；
步骤5，将步骤4中振动击实后的试样进行脱模并量取试样高度、直径和质量，从试样中取路基填料，测试其含水率，并计算干密度；
步骤6，重复步骤4-5，得到若干份试样的含水率与干密度；
步骤7，根据步骤6得到的若干份试样含水率与干密度结果，绘制干密度和含水率关系曲线图。
优选的，所述步骤1中所取的路基填料试样不少于12Kg，风干过程的时间不少于6小时；步骤2中分成的若干份试样为5-6份，每份为2Kg。
优选的，所述步骤3中，配制试样的目标含水率时，所采用的公式为
Figure BDA0002489579960000021
其中，mt为所取得路基填料试样的质量，ω1为风干含水率，ω2为所要配制试样目标含水率，mω为配制目标含水率所需的加水量。
优选的，所述步骤3中，配制试样的目标含水率时，应以预估的最优含水率为基准，每份试样的含水率依次相差1.0％～1.5％，其中至少有两份小于最优含水率和两份大于最优含水率，计算各试样的加水量，其中最优含水率的预估参照土的塑限进行估计，细粒土一般较土的塑限小3％～10％。
优选的，所述步骤3中通过四分法配制若干份黄土路基填料试样，将应加的水量均匀喷洒在试样上，拌合至均匀状态，装入塑料袋中封闭闷料24h。
优选的，所述步骤4中，试模的规格为：直径×高度＝100mm×200mm；将土样装模时，在试模底部放置直径×高度＝100mm×50mm的垫块，垫块上放置直径100mm的垫纸。
优选的，所述步骤4中，在将试样进行振动击实前，向试模中的路基填料顶面放置垫纸，振动击实时间为120±20s；振动击实仪参数为：振动频率37±2Hz、名义振幅1.2mm、上车质量122±2Kg、下车质量180±2Kg。
优选的，所述步骤6中，测试试样含水率时，从试样上取的路基填料的烘干温度为105±5℃，烘干时间不少于6小时；从试样上取土测试试样含水率时，应将试件破碎，并从试件中部取土。
优选的，所述干密度的计算式为
Figure BDA0002489579960000031
其中，ω为试样以百分数计的含水率，单位为％；ρd为试样的干密度，单位为g/cm3；h为试样的高度，单位为mm；D为试样的直径，单位为mm；m为试样的质量，单位为g。
优选的，所述步骤7中，重复步骤4-6至少五次，得到至少五组试样的含水率与干密度。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，通过先将路基填料试样风干；配制若干份路基填料试样，以间隔一定含水率向试样加入水，以使得试样之间具有不同含水率；将每份试样的路基填料进行闷料，再将闷料后的土样装入试模中进行振动击实，采用振动击实保证了击实效果，使得整个试样的整体击实差异较小，由于在现场实际工程中，路基土碾压采取层位一次成型的方式，而重型击实方法采用分层击实，因此没有能够充分模拟现场实际工况，而振动击实采用一次振动成型，与实际施工更为贴切；将振动击实后的试样进行脱模并量取试样高度、直径和质量，将试样破碎，从试样中部取路基填料试样、并测试其含水率，进一步计算干密度；通过重复前面试验步骤得到若干份试样的含水率与干密度，绘制干密度—含水率关系曲线，其中横坐标为含水率，纵坐标为干密度，曲线峰值所对应的干密度为最大干密度ρdmax、所对应的含水率为最佳含水率ω0。因此，本发明操作简便、结果可靠、变异性小，且对原材料的破坏小，重型击实方法中，击实锤往往会将粒径较大的土砸碎，改变了试验材料的颗粒分布特性，而振动压实方法在振动压实过程中压头始终保持和填料接触，对实验材料本身的破坏较小。由本发明所确定的路基填料的最大干密度比重型击实方法提高2％左右，提高了室内标准密度、提高了施工现场的压实要求，能充分发挥现代重型振碾压实设备的功效，对提高路基填料的压实质量具有实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是通过本发明方法测定的城际铁路路基填料的干密度—含水率曲线；
图2是通过规范要求方法测定的城际铁路路基填料的干密度—含水率曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高路基的压实质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，包括如下步骤：
步骤一，取不少于12Kg的黄土路基填料试样风干至恒重，并测试风干含水率；
步骤二，将准备好的试样分成5～6份，每份试样的干质量约2Kg；
步骤三，每份试样按预定的不同含水率，含水率依次相差1.0％～1.5％，其中至少有两份小于最优含水率和两份大于最优含水率；
步骤四，将每份风干试样分别平铺于金属盘内，将应加的水量均匀喷洒在试样上，用拌合工具充分拌合均匀，并密闭闷料；
步骤五，取步骤四中处理好的黄土路基填料试样装入直径×高度＝100mm×200mm的试模中，然后将试模固定在振动击实仪上；
步骤六，降落振动击实仪振动锤直至完全与试模内湿试样接触，开启振动击实，击实时间为120±20s；
步骤七，用电动脱模机将试件从试模中完整脱出，揭掉表面垫纸，用游标卡尺量取量试件高度h1和直径D1，称量试件质量m1；将试件破碎从试件中部取50g路基填料放入小铁盒中，然后置于105±5℃烘箱中烘干约6小时，测试含水率ω1(以百分数计)，计算试样的干密度式中，ω1为第1份试样的含水率，％；ρd(1)为第1份试样的干密度，g/cm3。
步骤八，重复步骤四～步骤六，共得到至少5份试验的含水率与干密度
ρd(i)，i＝1，2，3，4，5……，i为正整数；
步骤九，绘制干密度—含水率关系曲线，其中横坐标为含水率，纵坐标为干密度，曲线峰值所对应的干密度为最大干密度ρdmax、所对应的含水率为最佳含水率ω0。
实施例1
本实施例的测定城际铁路黄土路基填料最大干密度的振动击实方法通过如下步骤进行：
步骤一，先从施工现场拉回的料堆中取出足量的黄土路基填料，放置于若干中型尺寸的铁盘中摊开，然后进行风干处理，时间不少于6小时；
步骤二，将铁盒中的料倒入铁盒中并密封储藏；重复上述步骤多次，得到足够多的试验用料；
步骤三，再按照振动击实法测黄土路基填料的最佳含水率与最大干密度试验的要求，从试验用料中用感量1g的天平称取相应质量的料倒入大铁盘中并将其均匀摊散开，如要测本实例1中黄土路基填料的最佳含水率及最大干密度，每份试样需用料2000g，称好后倒入一大铁盒中铺散开来，用容积为1升的喷壶向混合料均匀喷水，一人喷洒，另一人戴橡胶手套进行均匀拌和，边喷洒边对喷壶称重，直至达到所需的加水率为止；共得到5份加水配好的固定加水量的混合料试样；
步骤四，再均匀拌和试样，并将拌合均匀的混合料装入塑料袋中密封闷料，待闷料24h后，开始进行振动击实试验；试验前，将振动击实仪的工作参数调整为：振动频率37±2Hz、名义振幅1.2mm、上车质量122±2Kg、下车质量180±2Kg；
步骤五，再从振动击实仪底座上取下试模及嵌套在其底部的垫块，用刮刀及毛刷将其内部清理干净，重新将垫块套入试模中，在垫块上方放一张直径为100mm×100mm的普通垫纸；将用料缓缓装入到试模中并插捣，并将料的顶部刮平，再放上第二张垫纸，将试模固定于振动击实仪上，打开电源，启动压实仪液压开关，升降压实仪压头让压头能恰好与试样表面恰好接触，夹紧试模，开始振动击实120±20s；
步骤六，待振动结束后，用电动脱模机将试样从试模中分离出来，揭下试样顶部及底部的垫纸，即得到试验用所需试件；
步骤七，再从360°四个方向量测试件的高度，得到一高度平均值h，并测量试件的底面直径D，进一步计算试件体积V；称量试件重量m；将试件破碎，从破碎样中部取约50g试样放入已知质量的干燥小铁盒中，置于烘箱中烘干6小时至恒重，取出称量，计算试件含水率；根据已测试件质量m(g)、体积V(cm3)以及含水率ω(％)计算该含水率条件下的干密度ρd：
含水率计算公式，
Figure BDA0002489579960000061
式中，mh为测定含水率所用的装土小铁盒的质量，单位为g，mh+湿土为试样烘干测含水率前从破碎样中部取土及装土的铁盒的总质量，单位为g，mh+干土为测定含水率烘干后干土及装土小铁盒的总质量，单位为g，ω为试件的含水率，通常表示为ω％；
干密度计算公式，
Figure BDA0002489579960000062
式中，ρd为试样干密度，单位为g/cm3；m为已测定试样的质量，单位为g；D为试件的底面直径，单位为mm，h为试件的平均高度，单位为mm；ω为试件的含水率，单位为％。
步骤八，采用上述步骤对剩余4组试样进行试验，获取含水率ω与干密度ρd；如表1所示，表1为路基填料含水率与干密度结果：
表1
含水率 9.35 10.33 11.75 12.8 13.6
干密度 1.899 1.928 1.937 1.922 1.902
步骤九，如图1所示，以含水率ω为横坐标，干密度ρd为纵坐标绘制干密度—含水率关系曲线图，确定该实验条件下的最佳含水率ω0＝11.40％、最大干密度ρdmax＝1.938g/cm3。
参照《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)，对上述土样进行重型击实试验，得到干密度与含水量曲线(图2)，确定最佳含水率为13.76％、最大干密度为1.903g/cm3。
由上述结果可知，由本发明所确定的路基填料的最大干密度比重型击实提高1.86％。能充分发挥现代重型振碾压实设备的功效，对提高路基填料压实质量具有实际意义。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，取若干路基填料试样并风干至恒重，测试风干后试样的含水率；
步骤2，将风干至恒重的路基填料试样分成若干等份；
步骤3，将每份风干试样分别平铺于金属盘内，将应加的水量均匀喷洒在试样上，用拌合工具充分拌合均匀，再将路基填料试样密闭闷料；
步骤4，取步骤3中处理好的任一路基填料试样装入试模中，将试样进行振动击实；
步骤5，将步骤4中振动击实后的试样进行脱模并量取试样高度、直径和质量，从试样中取路基填料，测试其含水率，并计算干密度；
步骤6，重复步骤4-5，得到若干份试样的含水率与干密度；
步骤7，根据步骤6得到的若干份试样含水率与干密度结果，绘制干密度和含水率关系曲线图。
2.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤1中所取的路基填料试样不少于12Kg，风干过程的时间不少于6小时；步骤2中分成的若干份试样为5-6份，每份为2Kg。
3.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤3中，配制试样的目标含水率时，所采用的公式为
Figure FDA0002489579950000011
其中，mt为所取得路基填料试样的质量，ω1为风干含水率，ω2为所要配制试样目标含水率，mω为配制目标含水率所需的加水量。
4.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤3中，配制试样的目标含水率时，应以预估的最优含水率为基准，每份试样的含水率依次相差1.0％～1.5％，其中至少有两份小于最优含水率和两份大于最优含水率，计算各试样的加水量，其中最优含水率的预估参照土的塑限进行估计，细粒土一般较土的塑限小3％～10％。
5.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤3中通过四分法配制若干份黄土路基填料试样，将应加的水量均匀喷洒在试样上，拌合至均匀状态，装入塑料袋中封闭闷料24h。
6.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤4中，试模的规格为：直径×高度＝100mm×200mm；将土样装模时，在试模底部放置直径×高度＝100mm×50mm的垫块，垫块上放置直径100mm的垫纸。
7.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤4中，在将试样进行振动击实前，向试模中的路基填料顶面放置垫纸，振动击实时间为120±20s；振动击实仪参数为：振动频率37±2Hz、名义振幅1.2mm、上车质量122±2Kg、下车质量180±2Kg。
8.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤6中，测试试样含水率时，从试样上取的路基填料的烘干温度为105±5℃，烘干时间不少于6小时；从试样上取土测试试样含水率时，应将试件破碎，并从试件中部取土。
9.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述干密度的计算式为
Figure FDA0002489579950000021
其中，ω为试样以百分数计的含水率，单位为％；ρd为试样的干密度，单位为g/cm3；h为试样的高度，单位为mm；D为试样的直径，单位为mm；m为试样的质量，单位为g。
10.根据权利要求1所述的测定路基填料最大干密度和最佳含水率的振动击实方法，其特征在于：所述步骤7中，重复步骤4-6至少五次，得到至少五组试样的含水率与干密度。
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