浅析灌砂法测定原位密度

魏哲华

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 835000)

灌砂法主要适用于现场测定细粒土、砂类土和砾类土的密度，目的是测定工程现场土体的密度，对填方工程进行施工质量控制。

1 试验原理

任取一试验工作面，在刮平的地面上挖一试坑，称取试坑中试样质量，然后灌注一定密度的标准砂，利用砂的质量和密度求其体积，测定湿密度，根据试样的含水率，测定密度。

2 影响测试的因素

按照《土工试验规程原位密度试验》(SL 237—041—1999)(以下简称《规程》)，灌砂法即挖坑填砂法，分为用套环法和不用套环法两种。

2.1 标准砂

标准砂的作用是置换试坑内试样，是影响试验结果的重要因素之一。

2.1.1 标准砂的制备及其密度校准

据相关资料表明，标准砂粒径在0.3～0.5mm范围内密度较稳定。在《规程》中建议用0.25～0.5mm粒径的砂样充分风干后，按照《规程》附录a(《量砂制备方法及其密度校准》)进行标准砂密度的校准。

2.1.2 标准砂的风干程度

由于标准砂可重复使用，当标准砂湿度发生变化或混有杂质时，标准砂的密度会发生变化。特别是原位密度试验须进行两次平行测定，确定灌注标准砂的湿度和纯度保持一致，比如:试坑中试样含水率较大导致标准砂湿度发生变化，或试坑边壁有松动的细颗粒混入使标准砂粒径发生变化，都有可能导致试验失败。

2.1.3 灌注标准砂的速度

标准砂在校准密度时，灌砂过程中量器不受任何振动，标准砂下落速度大致相等。灌砂法密度试验仪在现场检测过程中不能受外界振动或风、灰尘等其他介质的影响，目的是保证现场灌注砂与室内校准标准砂密度保持一致。

2.2 试坑

试坑体积主要与试坑大小、土的性质、地面与试坑工作面的平整度等有关。

2.2.1 试坑尺寸

试坑尺寸必须与试样的粒径相配合，使所取的试样有足够的代表性。试坑尺寸与相应的最大粒径关系应遵循下表的规定。

试坑尺寸与试样最大粒径表

2.2.2 土的性质

由于细粒土、砂类土和砾类土不同类土间的孔隙存在差异，对测试结果的影响程度或大或小。砂类土或砾类土试坑壁周围的砂粒容易脱落或移动，会造成试坑体积变小或增大，所以在检测过程中，尽量将试坑内松动的颗粒全部取出测出实际试坑体积。

2.2.3 地面与试坑工作面的平整度

取样工作面的平整度是测定试坑体积的关键因素，特别是不用套环时的密度测定，用直尺测平量砂面保证与取样面周边的原地面齐平，最好借助水平尺来测平。测定边坡工程的原位密度时，必须将边坡表面未压实的土层清除，按同一坡比在检测高度处削出一平面后垂直于平面进行测试。

2.3 检测环境

由于填土密度变异性较大，两次平行试验的目的只是为了相互验证，没办法用允差来控制。在检测过程中应尽量减少环境条件的影响，如:湿度或温度较高、在灌注标准砂时有振动机械等，均会影响原位密度的测定结果。

2.4 含水率

试坑中取出的试样放入封闭性好的容器，保水措施不受外界环境影响，可快速测定容器及试样质量。目前测定含水率的方法有两种:ⓐ测全料含水率，该法取代表性试样时应尽量照顾粗、细料含量的比例，试样数量为2000～5000g;ⓑ粗、细料含水率分别测定(在测粗料含水率时，应尽量把粘在粗料上的细料取下，并且尽量照顾粗料每级级配的比例)，然后按加权值计算全料含水率。经过大量试验表明，测全料含水料一般偏大于加权含水率，建议原位密度一般取加权含水率测定为宜。

3 结果分析

按照《规程》对原状土进行测定时，注重测试过程中的细节，汇总资料对土体进行判断。

对填方工程进行测定时，设计控制指标一般为压实度、相对密度或孔隙率，测试结果有时会出现小于或远大于(如:压实度、相对密度大于1)设计指标的情况。应综合考虑以下几个方面。

3.1 填筑料质是否发生变化

前期料场调查过程中，对料源的分布、料质的颗粒组成及均匀性等缺少大量的试验取证，取样代表性不强，会造成设计指标的不准确，如果用级配碎石作填筑料，级配控制达不到理想状态等现象。当检测值出现忽高或忽低于控制指标时，在综合考虑施工参数的基础上，要抽取一定量的填筑料判定该料质是否存在差异。

3.2 质量控制管理是否得当

现场检测在了解施工方案的基础上，查验填筑料的碾压施工参数是否与碾压试验相符合;摊铺机械是否均匀摊铺填筑料;粗、细颗粒是否集中;超出最大料径的料质是否剔除等。在做好检测工作的同时，检测员须注意观察现场施工质量控制的每个环节，以便于分析测试结果。

3.3 测试环节是否有纰漏

灌砂法测定原位密度除须把握好操作过程中的影响因素，还应考虑工程现场的实际情况。如:原状土孔隙较大或填筑料架空时，试坑四周边壁存在较大孔隙，不能直接灌注标准砂测体积，而是沿着试坑外形，松弛地放入一层柔软的绸布，然后再进行灌砂;现场取样深度的选取应比较碾压后实体厚度和试坑尺寸与试样最大粒径表规定设计要求后，取其中的最大值。

4 结语

灌砂法测定原位密度在水利工程中使用较为广泛，经济、科学、准确率高，试验操作过程简单、快捷。一些检测员认为实测值不可能大于室内测定的理论值，这种想法是错误的。任何一种料质不存在单一性，只是相对均匀性，室内测定的理论值是一范围值，而不是固定值。所以在检测结果出现异议时，要权衡各种影响因素，找准关键点。■

［1］ SL 237—1999．土工试验规程［S］．

［2］ 丁凯，曹征齐．岩土工程类地基与基础［M］．北京:黄河水利出版社，2008．