浅析灌砂法检测路基压实度的要点及减少误差的注意事项

肖 燕

(四川济通工程试验检测有限公司,四川成都 610000)

路基压实度是反映路基每一压实层的紧密程度，只有使每一压实层的紧密程度都符合规定，才能使路基的整体强度、稳定性和耐久性满足要求。压实度的检测是保证路基路面质量的基础，是评定路基路面内在质量的关键指标之一，路面出现的坑洞、裂缝、不均匀沉降或推移等病害问题，严重影响路基、路面的使用寿命。

1 灌砂法检测压实度的原理

1.1 测试原理

灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试洞体积。

灌砂法基本原理是利用粒径0.30～0.60 mm清洁干净的均匀砂，从一定高度自由下落到试洞内，按其单位自重不变的原理来测量试洞的容积(即用标准砂来置换试洞中的填料)，并根据填料的含水量来推算出试样的实测干密度。

灌砂法是现场测定密度的主要方法，但必须提示的是灌砂法不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。

1.2 计算方法

试样的湿密度通过试坑中取出的全部填料与试坑的体积的比值得出后，试样的湿密度与(1+试坑试样的含水率)的比值，得出试样的干密度，试样的干密度与击实试验得到的试样的最大干密度的百分比就是测试地点的施工压实度。

具体试样方法及公式在后面的试验步骤中具体阐述及说明。

2 灌砂法用仪器、器具与材料

烘箱或酒精，天平，台秤，铝盒，经标定后的量砂，灌砂筒，金属标定罐，基板，试样盘，玻璃板，毛刷，凿子，铁锤，勺子，现场装砂用的容器(塑料桶)等。

3 灌砂法现场检测的要点与试验方法

3.1 步骤要点

选用灌砂筒，标定砂，现场选点，挖试坑，灌砂，含水率测定、计算。

3.2 影响压实度的几点因素

为在后面理解“检测过程中减少误差”起到充分认识，帮助理解清晰到位，在此先简要说明路基压实度的影响因素，主要有以下几点：

(1)含水量对压实过程的影响。

(2)压实松铺厚度的影响。

(3)压实遍数对压实的影响。

(4)压实方式的原则把握对压实质量的影响。

(5)压实机械的选用。

3.3 试验方法

平坦表面粗糙度不大的情况下，灌砂时不放置基板：

(1)在试验地点，选一块平坦表面，将其清扫干净，其面积不得小于基板面积。

(2)将基板放回清扫干净的表面上(尽量放在原处)，沿基板中孔凿洞(洞的直径与灌砂筒一致)。在凿洞过程中，应注意不使凿出的材料丢失，并随时将凿松的材料取出装入塑料袋中，不使水分蒸发，也可放在大试样盒内。试洞的深度应等于测定层厚度，但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出。对土基或基层，为防止试样盘内材料的水分蒸发，可分几次称取材料的质量，全部取出材料的总质量为mw准确至1 g。当需要检测厚度时，应先测量厚度后再进行这一步骤。

(3)从挖出的全部材料中取有代表性的样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水率(ω，以%计)。样品的数量如下：用小型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于100 g；对于各种中粒土，不少于500 g。用大型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于200 g；对于各种中粒土，不少于1 000 g；对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定材料，宜将取出的全部材料烘干，且不少于2 000 g，称其质量md。

(4)将基板安放在试坑上，将灌砂简安放在基板中间(储砂筒内放满砂到要求质量m1)，使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。仔细取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量m3，准确至1 g。

(5)仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用。若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，使其与空气的湿度达到平衡后再用。

3.4 计算

(1)按式(1)计算填满试坑所用的砂的质量mb(g)。灌砂时，试坑上不放基板：

mb=m1-m3-m2

(1)

式中：mb为填满试坑的砂的质量(g)；m1为灌砂前灌砂筒内砂的质量(g)；m2为灌砂筒下部圆锥体内砂的质量(g)；m3为灌砂后，灌砂筒内剩余砂的质量(g)。

(2)按式(2)计算试坑材料的湿密度ρw(g/cm3)。

(2)

式中：mw为试坑中取出的全部材料的质量(g)；ρs为量砂的松方密度(g/cm3)。

(3) 按式(3)计算试坑材料的干密度ρd(g/cm3)：

(3)

式中：ω为试坑材料的含水率(%)；md为试坑中取出的稳定上的烘干质量(g)。

(4) 按式(4)计算施工压实度。

(4)

式中：K为测试地点的施工压实度(%)；ρd为试样的干密度(g/cm3)；ρc为由击实试验得到的试样的最大干密度(g/cm3)。

当试坑材料组成与击实试验的材料有较大差异时,可以试坑材料做标准击实，求取实际的最大干密度。

(5)报告。各种材料的干密度均应准确至0.01 g/cm3。

4 主要减少误差的注意事项

4.1 选用灌砂筒的大小

4.1.1 根据现场填料的最大粒径选用灌砂筒

当试样的最大粒径小于13.2 mm，测定层的厚度不超过150 mm时，宜采用φ100 mm的小型灌砂筒测试，此规格的灌砂筒用的比较少。当试样的最大粒径等于或大于13.2 mm，但不大于31.5 mm，测定层厚度不超过150 mm时，应用φ150 mm的大型灌砂筒测试。如集料的最大粒径达到31.5～60 mm或测定层厚度超过200 mm时时，选用直径200 mm灌砂筒为宜。

4.1.2 结合现场压实厚度选用

现场普遍应用φ150 mm的灌砂筒，测深为150 mm，其所测压实度仅为150 mm。但是现场压实层厚度往往在200 mm左右，而且一般压实度在压实表层都比较高，往下就难以保证，因此采用φ200 mm的大灌砂筒检测为宜。

在此必须提出的是现场用灌砂筒规格大小必须与标定量砂时用灌砂筒规格大小一致。

4.2 量砂标定对压实度的影响

4.2.1 量砂面的高度对量砂密度的影响

量砂灌入试坑前，储砂筒中砂面高度、砂的质量对量砂密度的影响。筒内砂的高度与筒顶的距离15 mm左右为宜，原因是不同砂面高度的砂，其下落速度不同，因而灌进标定罐内砂的密实程度也不同，这就直接影响了量砂的密度。因此，储砂筒中砂面高度须严格控制。

现场试验点测试时，储砂筒中砂面高度应与标定量砂密度时储砂筒中砂面高度保持一致。另外，筒内砂的质量准确至1 g。每次标定及以后的试验都维持这个质量不变。因为标定时，只要砂总重相同，即砂的自重一样，显然其下落速度也能保持一致，从而提高量砂使用的准确性。

上述储砂筒中砂面高度、砂的质量在JTG E60-2008《公路路基路面现场测试规程》明确规定，且实践证明，现场试验点测试时，储砂筒中砂面高度和重量与室内标定时保持一致，大大提高了检测数据的准确性。

4.2.2 砂的颗粒级配组成对量砂密度的影响。

量砂要规则，不同颗粒粒径组成的砂，其级配不同，密度也明显不同，所以每次现场检测用砂必须与标定用砂为同一批次同一粒径范围的标准砂，即0.30～0．60 mm的砂，而且要保持砂洁净干燥。回收量砂重复使用时，一定要晾干、过筛，放置足够的时间，并重新标定量砂松方密度。

4.2.3 标定罐深度对量砂密度的影响

通过试验结果发现：曾经做过试验，结果发现标定罐深度每减2.5 cm，砂密度大约降低3 %。标定罐深度每减1 cm，砂密度大约降低1.2 %。可见标定罐深度对量砂密度的影响较大。因此，现场试洞深度应尽量与室内标定罐深度一致。

综上，储砂筒砂面高度、砂的总重、砂的颗粒组成、标定罐深度等均在一定程度上影响量砂的密度。量砂松方密度作为压实度计算用的基本数据之一，量砂密度标定准确与否，将会影响路基压实度的检测精度。由上述可见，在进行路基压实度检测之前，量砂标定工作必须引起足够的重视，认真对待。

4.3 现场测点选择

4.3.1 选点数量

路基压实质量是否满足要求与单个测点压实度及整个路段总体压实度评定结果有关。因此压实度检测选点是否得当，直接影响到压实度的检测结果。进行压实度检测时，选点编号，选点得当，随机选点，选点检测数量应满足规范频率要求。选点位置不客观，选点太少，就不能客观反映实际压实情况，选点也没必要太多，但对某一点压实度有异议时在距原坑边5 cm的位置旁边再另行选点检测，来判断是否由于试验人员的操作不当造成该结果不合格还是该点压实度本身就不合格。故正确的选点在工程施工中具有较强的实际指导意义。

4.3.2 选点位置

检测点的位置很重要。由于工程结构的特殊性，通常而言，路基中间部位压实度相对较高，而两侧接近路缘处往往压实度偏低。任何一个薄弱点都可能造成整个工程质量隐患，而压实度检测也应全面检测，对检测出的薄弱点应及时通知现场施工人员，采取补救措施。

4.4 挖试坑

4.4.1 试坑形状

试坑的形状应该是垂直的圆柱体形，试坑深度应尽量等于标定灌深度，坑壁笔直，上下口直径相等，避免上大下小导致测得的压实度偏大，反之上小下大的形状将导致压实度偏小。

4.4.2 试坑深度

按照JTG E60-2008《公路路基路面现场测试规程》要求，试坑的深度应该等于测定层的厚度，但不得有下层材料混入，一般情况下，每压实层厚为200 mm，所以，试坑深度也应该是200 mm。压路机在碾压过程中其应力分布成倒三角形，所以就每一层压实而言，越向下的部位其压实度越小。因而，坑的深度不够，将导致测得的压实度偏大。

4.5 灌砂

4.5.1 灌砂时间

因为灌砂筒内砂子的流动是从中心开始而后才向边缘扩展的，而我们又无法直接观察到中心部位砂子的流动情况，故应使边缘处标准砂不再流动后还需要等十几秒钟再停止灌砂。如果提前结束灌砂，势必导致灌入的标准砂质量偏少，从而导致测得的压实度值偏大。

4.5.2 灌砂时人为干扰

在灌砂过程中，切勿用手人为敲击灌砂筒，因外部干扰会影响筒内砂的下落速度的加大，与砂的自重自然流速形成偏差，形成流砂量大，导致测出的试坑体积偏大，压实度偏小。

4.6 含水率

4.6.1 试样取样代表性

在取样测定含水率试样时，若选取了较干燥或较湿的部分或拖延了时间选取势必导致含水量偏差，从而加大影响压实度值的偏差，因此应将试坑内的土壤迅速均匀搅拌，然后再取规定的试样数量迅速装入铝盒中。

4.6.2 含水率测定方法

因现场条件有限，现场测定试样含水量通常用酒精燃烧法，影响测定含水率准确性的原因总结如下：使用酒精的纯度能否达到要求，酒精是否淹没试样表面，燃烧次数是否达到规范要求。

若条件允许含水率的测定采用烘干法较为准确，但用时较长。

5 对“异常值点”的路段进行现场击实试验

对“异常值点”的段落在现场处就地取样，在保证含水量在可进行施工碾压情况下进行击实试验，得到干密度ρd2，以ρd2作为压实度评定的最大干密度：K=ρd/ρd2。合理地使用“现场取样击实”的这种方法将会很大程度上减少因试验误差而导致地返工，同时对路基的内在压实质量起到强有力的质量保障，这种方法要本着实事求是的原则，本着对工程质量负责，对施工负责的原则进行采用，这对试验人员的经验和良好职业道德素质提出了一定的要求。

6 结束语

对路基压实度的测定减少误差，在试验规程基础上，结合实际经验，主要从选用灌砂筒大小，标定砂时注意过程细节，现场选择测点要有代表性，挖试坑要规范，灌砂要注意停止时间及人为干扰，含水率测定试样满足规范要求，做好上述环节，对压实度值的准确性将大大提高，为工程质量评定的可靠性提供可靠保证。