煤矿路基不同试验方法测固体体积率的试验研究

　　[摘 要] 现行的道路路基设计规范、施工技术规范、质量检验评定规范都没有明确土石混合料（宕渣）或填石路基的压实度具体指标，给这类路基压实质量的控制带来了困难。实际工程是参照公路工程质量检验评定标准中填隙碎石（矿渣）基层和底基层的固体体积率指标来控制的。主要是通过分析材料组成及其相应的相对密度（即综合毛体积密度）计算确定结构层的固体体积率，这种测试方法的测试条件要求高、所需的测试设备数量多、测试时间长、测试成本高，能否找到一种简便易行又可靠的方法代替，通过试验研究得到结论。 　　[关键词] 路基； 压实质量； 固体体积率； 综合毛体积密度； 虹吸筒法 　　1 引言 　　在道路路基工程中选用工程性质良好的路基填料，保证路基的压实度符合相关规范要求，是保证路基施工质量的重要环节，也是保证道路工程施工质量的基础。在缺乏良好路基填料，而石料又相对比较丰富的地区，常用土石混合料（宕渣）或是石料作为路基填料。随着土石混合料（宕渣）或是石料在路基工程中的广泛应用，如何加强对此类路基的质量管理以保证道路的强度刚度和耐久性就突显了出来。但是现行的道路路基设计规范、施工技术规范、质量检验评定规范都没有明确土石混合料（宕渣）或填石路基的压实度具体指标，只是在《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）第一册土建工程中石方路基实测项目表4.3.2下方做了一个备注说明土石混合料路基压实度或固体体积率可根据实际可能进行检测[1]。这就给这类路基的质量管理带来了很大的随意性。 　　有些道路工程路基的压实度指标参考了土质路基压实度常用的检测方法灌砂法、环刀法，但是由于以上两种填筑材料的粒径大，孔隙率大根本无法用标准击实试验得到混合料的最大干密度，已经不再适用了[6]。虽然在现行的公路土工试验规程中有介绍粗粒土和巨粒土的最大干密度的测试方法[2]，但由于没有相应规范的具体指标要求也无法参考执行。 　　在实际道路工程应用中，很多设计院控制道路路基压实质量的指标是参照了《检验评定标准》第一册土建工程7.13条中针对填隙碎石（矿渣）基层和底基层的实测项目固体体积率指标执行的。具体指标是用高等级道路固体体积率大于等于85%，其他等级大于等于83%来控制的。在此规范中提出了固体体积率的检查方法采用灌砂法，同时在该规范的条文说明中明确固体体积率是控制结构层压实度的指标，通过分析材料组成及其相应的相对密度计算确定[1]。所以实际应用中是用综合毛体积密度来代替填筑材料的最大干密度，但是这种试验方法要求施工的填筑材料要均匀一致，这一点在实际工程中是不可能做到的，而且综合毛体积密度的大小还受到试验取样的随机性影响。不仅如此综合毛体积密度测试所需的设备多、测试时间长、测试成本高。 　　固体体积率从直观意义上理解，就是材料的固体体积在整个试体体积中的占有量，即材料体积内被固体物质所充填的程度，反映了材料的致密程度[4]。能否用一种简便易行而又可靠的测试方法直接测得试坑中取出材料的固体体积与试坑体积之比从而求得固体体积率。 　　2 试验研究过程 　　2.1 现场取样、颗粒分析 　　路基填筑材料现场取样位置选择在杭州科技职业技术学院室外市政工程综合实训区道路实训场，该实训场的路基填筑材料是校区基础建设现场山体开挖后的材料，属于土石混合料。新320国道、高科路等附近道路均用此材料填筑路基。根据公路随机取样的规定在现场随机选取了20个桩号的同一位置，每一位置用灌砂法取2个试样，共计40个试样。分别称取试坑中挖出的湿质量后烘干做筛分试验进行填筑材料的颗粒分析。经颗粒分析填筑材料中最大粒径为100mm，数量较少；粒径大于37.5mm的颗粒占5%左右；粒径大于5 mm的颗粒占30%～60%，所以无法用击实试验得到填筑材料的最大干密度。不能用土质路基的压实度指标表示该路基的压实质量。 　　2.2 用综合毛体积密度法求固体体积率 　　颗粒分析完成后，将40个试样按不同的桩号分成两组。其中一组的每个试样粒径>5mm的部分，按照《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005中粗集料的密度及吸水率试验（网篮法）的方法求得试样的毛体积密度；然后再按照细集料的表观密度试验（容量瓶法）的方法求得粒径≤5mm部分试样的表观密度；再参照《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）中比重试验―浮称法计算土料平均比重的公式来求得填料的综合毛体积密度[4]。最后用灌砂法得到的压实体干密度与综合毛体积密度的比值表示固体体积率测试结果如下表1。 　　2.3 用虹吸筒法求固体体积率 　　另20个试样用虹吸筒法直接测试样的固体体积。测试时把虹吸筒放在平整的地方，拧开开关，注净水入虹吸筒，直到虹吸管口有水溢出时停止注水，到流水停止时关闭开关。将试样缓缓放入筒内，用铁棒搅拌、插捣水下的试样，排除试样中的气体，注意搅拌时勿使水溅出筒外，静置5分钟，待悬浮物沉降后取一已称量的量筒放置于出水口，打开开关，放出筒内由固体加入而排走的水，待不再有水流出后，闭上开关，取盛载排水的量筒到天平上秤质量，试样的固体体积即为排出的水体积[2]。最后用试样的固体体积与灌砂法得到的试坑体积的比值表示固体体积率，测试结果如下表2。 　　3 结语 　　通过试验用综合毛体积密度法测得的20个试样的固体体积率的平均值为89%、样本标准偏差s=0.09；用虹吸筒法测得的固体体积率的平均值为88%，样本标准偏差s=0.02，两者的样本标准偏差均小于1，说明了本次试验测试精度是较高的。用综合毛体积密度法测得的数值比用虹吸筒法测得的固体体积率略大，离散性也稍大。说明这种方法测试数据的影响因素较多。若假设用综合毛体积密度法测得的固体体积率为测试真值，两种试验方法所得的数据偏差分析如下表3。 　　由上表可知用两种不同的试验方法测得的每一测点的固体体积率数值的绝对误差最大值为4%，20个测点的相对误差均小于5%，符合建筑工程一般精度控制要求。所以用虹吸筒法来替代综合毛体积密度法是完全可行的、也是准确可靠的。虹吸筒法的应用不仅可以不受现场填筑材料均匀性和取样随意性的影响，而且测度设备简单、测试时间短、测试成本低、大大提高测试效率。 　　[参考文献] 　　[1] JTG F80/1-2004 中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》 第一册 土建工程 [S] 北京 人民交通出版社. 　　[2] JTG E40-2007 中华人民共和国行业标准 《公路土工试验规程》 [S] 北京人民交通出版社. 　　[3] JTG E42-2005 中华人民共和国行业标准《公路工程集料试验规程》[S] 北京人民交通出版社. 　　[4]江 巍 潘 轶 固体体积率检测方法在机场工程中的应用研究 《中国水运》[J] 2010年第10卷第11期 （249-250）. 　　[5] 裘裕顺 孙海明 固体体积率在宕渣类基层中的应用 《建材发展导向》[J] 2011年第10期 （215）. 　　[6] 程克祥. 固体体积率在控制宕渣路基密实度中的分析 《淮北职业技术学院学报》[J]. 2011年第3期 （14-15）.