土的几种密度测试方法及测试产生的误差分析

张书林（安徽省大禹工程建设监理咨询有限公司 蚌埠 233000）

土的几种密度测试方法及测试产生的误差分析

张书林
（安徽省大禹工程建设监理咨询有限公司 蚌埠 233000）

本文对土的几种常用密度测试方法：环刀法、灌砂法、灌水法测试产生的误差进行计算、分析，提出采用上述测试方法测试时从使用仪器的选择、检测重点环节的控制几方面减小检测误差的建议。

环刀法 灌砂法 灌水法 密度误差

1 引言

密度是表征土体密实程度的一项参数，在建筑地基、水利堤防、道路等工程中是衡量工程质量优劣的一项技术指标，因此准确测试土体密度显得尤为重要。现行文献中已有诸多密度测试方法，如环刀法、灌砂法、灌水法、核子密湿度仪、蜡封法等。本文对常用的测试方法环刀法、灌砂法及灌水法，在测试中容易产生的误差进行计算、分析，依据分析结果，提出控制、减小检测误差的建议，为以后土的密度检测时减小误差、提高检测结果的准确性提供依据。

2 土的密度测试方法及测试产生误差原因

2.1 环刀法

在基础回填、均质堤防、路基等工程中往往以细粒土作为填筑材料，分层进行压实，施工后工程密度多采用环刀法检测。检测时环刀容积误差是产生密度误差主要因素之一。为控制环刀容积产生的密度误差，一贯的做法是检测前对拟用环刀进行检定，选用检定合格的环刀检测，确保使用的环刀容积误差在允许误差范围之内，从而控制减小密度误差。但随着检测，环刀磨损使环刀尺寸（高度和直径）产生变化，从而使环刀容积误差增大，如没有及时汰新会使密度误差增大。因此，从环刀高度及直径的变化分析对密度误差的影响，为以后采用环刀法检测土的密度时减小误差提供理论依据。

2.2 灌砂法

灌砂法适用于现场测定路面基层、砂石路面及路基土的各种材料压实层的密度。采用灌砂法检测时试样质量的称量误差是产生密度误差的主要因素之一。因此，对不同的仪器感量产生的密度误差进行分析，为以后采用灌砂法检测土的密度时减小误差提供理论依据。

2.3 灌水法

灌水法适用于现场测定粗粒土和巨粒土的密度。采用灌砂法检测时，《公路土工试验规程》中规定座板应安置在整平后的地表上，但对地表的平整度并无具体要求。检测时只要检测表面存在一定的不平整，就会使座板表面产生一定的高差，从而产生对试坑体积的测量误差，进而引起密度误差。为此，对不同的座板表面高差产生的密度误差进行分析，为以后采用灌水法检测土的密度时减小误差提供理论依据。

3 土的密度误差分析

3.1 环刀法

假定用环刀法检测土质为粘性土的工程密度，该工程密度在1.70～2.00g/cm3之间，以直径5cm、高5cm的环刀为例分别分析环刀直径、高度的变化产生的密度误差。以下均以密度的绝对误差为例进行分析。

3.1.1 假定环刀高度为恒值

计算、分析结果见表1。

从表1看到密度误差随直径变化量增大而增大，随工程密度增大而增大。

3.1.2 假定环刀直径为恒值

考虑环刀高度随着检测磨损不断变小，因此仅分析环刀高度变小产生的密度误差。计算、分析结果见表2。

从表2看到密度误差随高度变化量增大而增大，随工程密度增大而增大。

3.2 灌砂法

假定用灌砂法检测土质为砾石土的工程密度，该工程密度设为2.00g/cm3，分析称量仪器不同感量产生的密度误差。密度误差随仪器感量变化的关系式为：

式中：Δρ—密度误差；Δm—称量仪器感量；v—试坑体积。

计算、分析结果见结果表3。

从表3看到密度误差随称量仪器感量变化增大而增大，随试样质量增大而减小。

3.3 灌水法

假定用灌水法检测土质为砾石土的工程密度，该工程密度设在1.80～2.20g/cm3之间，假定开挖试坑体积为6000cm3，分析座板套孔表面高差产生的密度误差。图1为座板套孔表面与座板套孔表面最低点水平面形成的楔形体。该楔形体体积为试坑体积的测量误差。

为计算该楔形体体积，建立如图1所示的直角坐标系，这时底面边界的曲线方程为：

x2+y2=r2，x∈[-r，r]

过x作截面垂直于x轴，与楔形体的截面为矩形ABCD，其面积：

表1 环刀直径变化产生密度误差计算表

表3 称量仪器感量产生的密度误差计算表

图1 座板套孔与座板套孔形成的楔形体

式中：Z—楔形体高；r—座板套孔半径。

（1）假定座板套孔直径为20cm，分析表面高差产生的密度误差。计算、分析结果见表4。

从表4看到密度误差随表面高差增大而增大，随工程密度增大而增大。

（2）假定表面高差为0.2cm，分析使用不同套孔直径的座板时产生的密度误差。计算、分析结果见表5。

从表5看到一定的表面高差产生的密度误差随座板套孔直径变化增大而增大，随工程密度增大而增大。

表2 环刀高度变化产生密度误差计算表

表4 表面高差产生的密度误差计算表

表5 表面高差产生的密度误差计算表

4 结论

（1）采用环刀法检测土的密度产生误差随环刀直径变化量、随环刀高度变化量增大而增大，随土的密度增大而增大。

（2）采用灌砂法检测土的密度产生误差随使用的称量仪器的感量增大而增大，随试样质量增大而减小。

（3）采用灌水法检测土的密度产生误差随座板套孔表面高差、座板套孔直径增大而增大，随土的密度增大而增大。

5 建议

（1）采用环刀法检测土的密度前，应对使用的环刀进行检定或校准，合格后进行使用，并根据测试量大小定期进行复检，避免环刀容积误差超出允许范围而增大检测误差。

（2）采用灌砂法检测土的密度时，在条件许可范围内尽量使用感量较小的称量仪器和增大试坑的尺寸（直径或高度）而增加试样的质量，减小检测误差。

（3）采用灌水法检测土的密度时，尽量选择平整的表面检测，或者对不平整的表面整平后检测，从而减小检测误差