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公路土工试验拟定最佳含水量初探论文
作为指导和控制路基施工压实质量标准的最佳干密度和最佳含水量，土工击实试验最佳含水量的拟定准确与否，直接关系到工程的质量。曾有人以天然含水量作为拟定最佳含水量的参照依据，而天然含水量随自然环境天气的变化而不同，同一土质、同一取土场的土会因天然含水量的不同得出不一样的、甚至相差甚远的标准干密度和最佳含水量，是不准确的。各类土有其本质特性，标准干密度和最佳含水量应顺应土的内在特性，才能真正做到标准，确保路基工程质量。文章在分析最佳含水量特点的基础上，提出精确测定土的塑性指标和土粒比重，以土的塑限含水量和路基设计常规或施工时应达到的稠度为参照和判别，并以最佳最大干密度和土粒比重按饱和度公式验算击实曲线峰值点的饱和度，可优化最佳含水量的拟定。
1 最佳含水量特点分析
对同一土质、同一固定击实功在击实曲线峰值点的最佳含水量状态时的土体，有如下特点：（1）干密度d最大；（2）孔隙比e最小；（3）饱和需水量Wset最小；（4）含水量W最趋近于1/dmax-1/Gs，即W≈1/dmax-1/Gs。[注：由Sr=W* Gs/e，e=（Gs-d/）/d，当Sr=100%时，W=1/dmax-1/ Gs，式中：dmax——最大干密度；Gs——土粒真密度，Sr——饱和度]。
正是由于击实曲线峰值点的土体有此“四最”，其对应的含水量才被称之为“最佳含水量”。同样的土质、同样的击实功能，仅含水量不同，在峰值点的含水量的土体拥有“四最”，显然水在其中起了至关重要的作用——对土的易压缩性产生了“催化”作用。这时候的土颗粒被一层足够厚的与土质本身特性有关的水膜包裹着，水膜使土颗粒间引力变小，水膜的润滑作用使土粒在外部击实功的作用下比较容易移动、挤紧，土的内摩阻力、粘聚力、抗变形能力、抗剪强度提高，从而使路基水稳性和强度增强。
当所拟定的含水量使固定的击实功能最大限度地使土颗粒挤紧并使土体饱和度达到100%，同时土颗粒间无自由水存在时峰值就会出现。这是我们理想中的土体最佳压实状态。然而，由于试验操作人员对含水量预估的偏差、固定击实功能的所限等诸多因素的影响，我们往往得到的最佳含水量和最大干密度状态的土其饱和度只是一个近似值，约为90%左右。那么如何拟定符合要求，使土体出现“四最”的最佳含水量呢？
2 最佳含水量的拟定
土工击实试验前，首先可从土的液塑限值及筛分试验中估算最佳含水量和最大干密度。一般来说，土中含粉粒和黏粒愈多，塑性指数愈大，最优含水量愈大。因此，一般砂性土壤的最优含水量小于黏性土，最大干密度大于黏粒土。细粒土的最优含水率一般在塑限附近，约为液限的0.55～0.65倍，而砂土的情况有些不同，视其含水状态而定。此外轻型击实试验中，最优含水量接近土的塑限；重型击实试验最优含水量则小于土的塑限。确定材料的路基强度和稳定性，与水含量和压实度有关，公路建设实践经验表明，处于干燥或中湿状态的路基，其强度和水稳性得到了有效的保持。基于这个事实，路基设计一般要求路基处于干燥或中湿状态，而路基干湿类型由土的稠度值划分。由“自然区划分界稠度表”（引见JTJ014-97，P106，表6），各类型的土组的干燥或中湿状态时的稠度大都大于1。当土的含水量W=Wp时，WC=1.0，土质处于半固体与硬塑状态；W=WL时，WC=0，土质处于流塑与流动状态；WP<w<wl时，土质处于可塑状态（wp，wl—土的塑限和液限，wc—土稠度）。由压密理论可知，适宜施工碾压的土的含水量应当使土不在可塑状态。含水量小于塑限含水量的土符合这一要求，所以采用塑限含水量作为拟定最佳含水量的参照依据，是科学的。 < p>
为了准确拟定最佳含水量，除了准确测定土的塑性指标外，土粒比重的准确测定，是又一个有效手段，它关系到土在压实后饱和度是否合理的问题。如前所述，击实曲线峰值点含水量最趋近于1/dmax-1/Gs，饱和度合理的土在不利季节和施工后期吸收自然界的水份少，可避免土体膨胀失稳。在精确测定土的塑性指标和土粒比重的前提下，以塑限为参照拟定最佳含水量W0并由击实试验得出dmax后，把得到的dmax代入该式，计算出在dmax时土的饱和含水量Wmax，由饱和度公式Sr=（W/Wmax）×100计算含W0时土的饱和度。
[例1]经测定粘质土的塑性指标WL=36.7，WP=18.3；土粒比重Gs=2.644，天然含水量W=22.6%。某试验人员据此试验得出最大干密度dmax=1.88g/cm3，最佳含水量W0=13.2%，请判别该标干是否准确。
[解]（1）验算W0时稠度是否符合要求。
W0时土的稠度值WC，0=（WL-W0）/（WL-WP）=（36.7-13.2）/（36.7-18.3）=1.28，且W01.10的规定。
（2）验算W0、dmax时土体的饱和度
由Sr=W*Gs/e，e=（Gs-d）/d，得e=（2.644-1.88）/1.88=0.41；Sr=13.2×2.644/0.41=85.1%，Sr在90%附近，饱和度较高，是可信的。
（3）验算天然含水量条件下，该土是否适宜施工
天然稠度WC=（WL-W）/（WL-WP）=0.77，由JTJ033—95知在天然含水量时，该土宜采取措施方能使用。
如果由天然含水量拟定最佳含水量，将得出不同的、有可能自相矛盾的结果。
如果Sr值在90%左右，那么说明W0是合适的，可信的；如果Sr过小（<75%），则w0不准确，需重新拟定w0，调整方向是缩小w0与wp的差值。如sr>100%，说明土体过饱和，土粒间出现了自由水，此时W0作为土的最佳含水量显然压实效果不理想。以这时的W0和其相应干密度制作的CBR试件在泡胀试验中不会有吸水，曾有一些试验单位在以往的土工资料中，在此类试件泡胀试验时有不小的吸水，這样的结果是自相矛盾的，除非前面的试验不准确。同样也重拟W0，调整方向是增大W0与WP的差值。
[例2]土的塑性指标、dmax土粒比重、天然含水量同[例1]，现有人试验得到dmax=1.81g/cm3，W0=11.5%，请评价该标干是否准确？
[解]（1）按例1验算稠度符合要求。
（2）验算W0、dmax时土体饱和度
e=0.46；Sr=65%<75%，所以Sr过小，应重拟W0，W0适当调大。
（3）验算天然含水量条件下，该土是否适宜施工。算法同[例1]，略。
泡胀试验是模仿路基土体在不利季节吸水饱和，引起含水量、密度改变的情况下，以CBR试验测定土体的承载强度是否符合要求的一个重要的验证性试验。具有最大干密度和最佳含水量的试件，泡胀试验前的饱和度越高，饱和吸水量越小，密度改变就小，有利保持原有的最佳压实状态下的路基强度和稳定性。
3 击实试验注意事项
3.1 土的均匀性
取样时样品的均匀性不好控制，如果取样不准，即使其他方面控制的多么准确，最终的击实数据也是不可靠的。所以取样一定要认真细致，确保试样能够代表母体。对于中粗粒土，必须严格用四分法将试样缩分至需要的总数量，然后再分成5个试样，每个试样6kg左右。这5个试样要代表原土样的实际级配，不能因粗细颗粒离析而影响试样的均匀性。否则，由此引起的试验结果数据变异大，无规律，击实曲线无峰值或呈波浪线等。
3.2 重型和轻型的选择
轻型和重型的核心区别是轻型击实的单位体积击实功小，重型大约为轻型的4.5倍。因此，在相同含水量下，由于重型的单位体积击实功大，对土体结构破坏力强，土体被压得更密实，湿密度大，相应干密度也更大。由于曲线上5个试验点存在同样原因，重型试验得出的最大干密度大于轻型。因此检测单位接受委托时，应根据客户意愿和现场土样综合确定采用何种击实方法。土工压实度报告在引用击实报告干密度和最優含水量数据时应注明击实报告编号或明确何种击实，以便于对结果的判读与理解。
3.3 干法和湿法
《公路规范》条文说明中注明，大量试验证明：干法和湿法求得的结果有很大差别，对于最大干密度，前者大后者小；对于最优含水量，前者小后者大。既然两者有很大差别，在击实报告中应明确注明是干法还是湿法，以利于对报告的判读和应用。对于高含水量的土采用湿法比较符合实际，如仍按干法做击实试验，无形中增加了对地基压实难度，甚至根本达不到规范要求的压实度。
4 结语
（1）在固定击实功能和相同土质的前提下，最佳含水量时的土体所含的水份是使土体获得最佳压实状态的“催压剂”。土体在该含水量下的压实，呈现干密度最大；孔隙比最小；饱和需水量最小；含水量最趋近于土体在最大干密度下饱和时含水量的特点。
（2）精确测定土的塑性指标和土粒比重，针对路基常规设计要求的综合了土的塑性特性的稠度值，采用塑限含水量作为拟定最佳含水量的参照依据，并以土粒比重和最大干密度按饱和度公式验算，能够优化最佳含水量的拟定，获得更为准确的最佳含量。
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