摘要：路基施工質(zhì)量以壓實(shí)度為主要控制指標(biāo)，通過對(duì)紅砂巖擊實(shí)試驗(yàn)的研究分析，對(duì)紅砂巖的擊實(shí)曲線進(jìn)行擬合，得出壓實(shí)度與干密度之間的重要關(guān)系，為進(jìn)一步研究及為工程設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)配置含水率提供可供參考的數(shù)據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：紅砂巖；最大干密度；最佳含水量；擊實(shí)試驗(yàn)
　　
　　0引言
　　長沙市廣泛分布著泥質(zhì)紅砂巖土質(zhì)，此種巖土為不良的路基材料。而由于其分布的廣泛性，在城市道路建設(shè)中用其修筑路基和邊坡的情況不可避免，而單純采用換填地基土等措施進(jìn)行處理，不僅造成造價(jià)增加，而且對(duì)開挖運(yùn)出的泥質(zhì)紅砂巖需要專門場(chǎng)地進(jìn)行堆棄和處理，容易造成對(duì)環(huán)境的影響。如若能把此類巖土進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)處理，使其變廢為寶，作為道路建設(shè)中的路基填料，既能解決城市中借土困難的現(xiàn)狀，節(jié)省工程費(fèi)用，也在一定程度減少了對(duì)環(huán)境的影響。
　　目前，在國內(nèi)關(guān)于建筑廢渣和泥質(zhì)紅砂巖在路基工程中的應(yīng)用技術(shù)的研究較少，特別是泥質(zhì)紅砂巖路基和邊坡，目前沒有較為成熟和有效的應(yīng)用和處理技術(shù)，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中也沒有做出過以此種材料填筑路基的詳細(xì)規(guī)定。
　　本文依托“長沙市泥質(zhì)紅砂巖路基工程應(yīng)用技術(shù)研究”課題，采用分組重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)紅砂巖的擊實(shí)曲線進(jìn)行擬合，得到填料含水率與干密度之間的關(guān)系曲線，從而得到最優(yōu)含水率及相應(yīng)的最大干密度，為工程設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)配置含水率提供可供參考的數(shù)據(jù)。本課題的研究及應(yīng)用將使長沙的城市道路建設(shè)達(dá)到因地制宜、就地取材、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。并對(duì)深入貫徹市政府提出的在市政工程中杜絕“開山、填湖”的精神，對(duì)促進(jìn)長沙市資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的兩型社會(huì)的建設(shè)具有重要的作用。
　　1紅砂巖的礦物特性、化學(xué)成分及礦物分析
　　泥質(zhì)紅砂巖是一種在長沙地區(qū)分布非常廣泛的土質(zhì)，大氣環(huán)境或干濕循環(huán)作用下，巖塊表面出現(xiàn)裂紋，逐漸形成碎塊，顆粒軟化、強(qiáng)度降低，是一種不良的路基材料，很難滿足雨量充沛的南方地區(qū)道路建設(shè)的需要。對(duì)于在泥質(zhì)紅砂巖為主的土質(zhì)地段修筑的路塹邊坡，同樣具有強(qiáng)度低、塑性變形大，易受降雨、氣溫等外界風(fēng)化因素的影響等特點(diǎn)。
　　紅砂巖的試驗(yàn)樣品取自“長沙環(huán)保工業(yè)園施工工地”，根據(jù)工程地質(zhì),試驗(yàn)樣品特征為：棕紅色；碎顆粒小于0.5mm，屬細(xì)砂狀結(jié)構(gòu)；厚層狀（采取巖樣的這一層厚約4m），層理極發(fā)育；碎屑中石英居多，長石次之，層面上常見少量白云母，其它則為深褐色巖屑；基底式膠結(jié)，膠結(jié)物遇鹽酸劇烈起泡，遇水變軟松散。其成分見表1。
　　表1紅砂巖的主要化學(xué)成分及其含量

　　2試驗(yàn)設(shè)計(jì)及步驟
　　室內(nèi)土工擊實(shí)試驗(yàn)分為輕型和重型兩大類，土的最大粒徑要求、分層與擊數(shù)、儀器設(shè)備的規(guī)格與尺寸隨著試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)的不同而不同，并較大地影響著試驗(yàn)的結(jié)果。
　　根據(jù)試驗(yàn)條件，將混合料按照粒徑不同分為三個(gè)等級(jí)，各等級(jí)最大粒徑分別為dmax=20、10、5mm，同時(shí)為保證室內(nèi)試驗(yàn)與施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相同，根據(jù)各等級(jí)顆粒所占百分含量，每組試驗(yàn)采用類似級(jí)配法進(jìn)行配料，并采用重型擊實(shí)。
　　2.1儀器設(shè)備
　　標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀（見表1），天平（感量0.01g），臺(tái)秤（感量5g），標(biāo)準(zhǔn)篩（孔徑20mm，10mm，5mm），試樣推出器,噴霧器,盛土容器,修土刀及碎石設(shè)備。
　　表1重型擊實(shí)儀標(biāo)準(zhǔn)表

　　
　　2.2試樣制備
　　目前，擊實(shí)試驗(yàn)制樣的方法有烘干法、風(fēng)干法、濕法3種，常采用的3種土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、JTGE40—2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》及DL/T5355—2006《水電水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程》中均沒有對(duì)制樣方法進(jìn)行明確限定。
　　本試驗(yàn)進(jìn)行5組，采用干土法制備試樣,用四分法取代表性土樣風(fēng)干碾碎，根據(jù)顆粒的百分含量和相對(duì)應(yīng)含水量，分別加入不同水分（按2％～3％含水率遞增），充分拌勻后裝入盛水器內(nèi)蓋緊，悶料一夜備用。
　　2.3試驗(yàn)步驟
　�。�1）將擊實(shí)筒放在堅(jiān)硬的地面上，在筒壁上均勻涂一薄層凡士林，并在筒底放置濾紙，與底座聯(lián)結(jié)好,安裝好護(hù)筒，將拌和均勻的試樣分5層裝入擊實(shí)儀中擊實(shí)，每層擊實(shí)27次。擊實(shí)完成后超出筒頂高度不小于1cm。
　�。�2）卸下?lián)魧?shí)筒，稱量筒和試件的質(zhì)量，并計(jì)算試樣的密度。
　�。�3）用脫模器取出試樣，并測(cè)定含水率。
　�。�4）其他4組按（1）～（3）步驟進(jìn)行。
　　3擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　3.1擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果
　　表3擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制出含水率與干密度的關(guān)系曲線圖（如圖3），該關(guān)系曲線呈拋物線型，稱為擊實(shí)試驗(yàn)曲線。曲線峰值即是土的干密度最大點(diǎn)，該點(diǎn)的干密度就是最大干密度，相應(yīng)含水量為最佳含水量。（如圖2，圖3）
　　圖1標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)曲線圖
　　
　　
　　從擊實(shí)曲線圖中可以得知，隨著含水量的不斷增加，紅砂巖干密度經(jīng)歷了逐漸上升和逐漸減小的兩個(gè)階段。所用試樣經(jīng)室內(nèi)擊實(shí)以后，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三角函數(shù)擬合，該填料的最佳含水量為9.5%，其所對(duì)應(yīng)的最大干密度為2.02g/cm3。
　　圖2擊實(shí)前后通過率百分比曲線
　　
　　3.2顆粒分析與研究
　　根據(jù)擊實(shí)前的顆粒分析，試料中含有大量的大于2mm的大顆粒，尤其是含有礫石、石英等強(qiáng)度較高、親水性較差的顆粒，它們?cè)趽魧?shí)過程中起到骨架支撐的作用，并與細(xì)顆粒間形成較大空隙，擊實(shí)后，顆粒通過率百分比有上抬趨勢(shì)，表明粗顆粒被擊碎，各含水量試件小于5mm的顆粒占整個(gè)擊實(shí)試樣的50％以上。.
　　通過圖3可以看出：
　�。�1）當(dāng)含水量為6.8%，含水量較少時(shí)，由于土粒間的引力，使土保持疏松狀態(tài)，土中孔隙大都相互連通，水少而氣多，在一定的壓實(shí)功能作用下，雖然土孔隙中氣體易被排出，密度可以增大，但是由于水膜潤滑作用不明顯，以及外部功能也不足以克服粒間引力，土粒相對(duì)移動(dòng)便不明顯，因此壓實(shí)效果比較差；
　�。�2）當(dāng)含水量為8.6%，含水量逐漸加大時(shí)，水膜變厚，土塊變軟，引力也減弱，施以外部壓實(shí)功能則土粒移動(dòng)而擠密，壓實(shí)效果漸佳；
　�。�3）當(dāng)含水量為9.2%，在最佳含水量附近時(shí)，雖然土中孔隙更少連通，或不連通，孔隙中的水和氣處于封閉狀態(tài)而不能排出，以及擊實(shí)時(shí)土內(nèi)產(chǎn)生的孔隙水壓力和孔隙氣壓力雖也降低了擊實(shí)功的作用，但試驗(yàn)結(jié)果證明這時(shí)土中的含水量最有利于土粒受擊實(shí)時(shí)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，使土變密，能被擊實(shí)至最大干容重；
　�。�4）當(dāng)含水量再增加到偏濕狀態(tài)時(shí)，孔隙中出現(xiàn)了自由水，擊實(shí)時(shí)不可能使土中氣體排出，而孔隙壓力卻更為明顯，抵消了部分擊實(shí)功，所以擊實(shí)功效反而下降。
　　圖3各含水量擊實(shí)后試件
　　
　　4結(jié)論
　�。�1）試驗(yàn)研究和分析得出實(shí)驗(yàn)取用的“長沙環(huán)保工業(yè)園施工工地”的紅砂巖的試驗(yàn)樣品壓實(shí)效果最佳時(shí)對(duì)應(yīng)的最佳含水量為9.5%，其所對(duì)應(yīng)的最大干密度為2.02bg/cm3,這對(duì)進(jìn)一步進(jìn)行該地區(qū)紅砂巖的工程性能以及路用可行性研究提供依據(jù)。
　�。�2）此實(shí)驗(yàn)取用的紅砂巖樣品可作為長沙市南部區(qū)域紅砂巖的代表，但對(duì)于其他實(shí)際工程，需另行進(jìn)行工程土壤取樣及壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，有針對(duì)性的指導(dǎo)工程實(shí)際。該文所采用的實(shí)驗(yàn)手段和研究分析方法，對(duì)其他地區(qū)的紅砂巖工程性質(zhì)的確定具有重要的參考作用。
　　
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