灌砂法在公路路基试验检测中的应用分析

刘洋

（招商局重庆公路工程检测中心有限公司，重庆400060）

0 引言

路基是公路结构的重要组成部分，路基的强度、承载力决定着公路的使用寿命、安全性、舒适性。为确保路基性能达标，路基施工结束后常通过压实度检测测试路基强度、刚度、承载力等是否达标，其中灌砂法具有准确性高、操作简便等优势，应用相对广泛，但目前灌砂法的具体应用中，常因操作不规范导致测试结果失真。为此，探究灌砂法在公路路基试验检测中的具体应用仍有重要的实践意义。

1 灌砂法基本概念与技术原理

灌砂法，是一种应用在公路工程施工现场检测基层、路基、路基土材料压实度以及密度的方法，主要适用于砂类土、砾类土以及细粒土的检测中。原理如下：在一定高度上使表面经过清洁的标准砂落入到试洞内，按照单位重量不变原理进行试洞容积测量，最终结合集料含水量情况计算出试样的实测干密度值。灌砂筒的结构尺寸如图1所示。

图1 灌砂筒的结构尺寸图

2 灌砂法在公路路基试验检测中的应用

2.1 工程概况

某公路工程项目，总里程为37.8km，设计为双向四车道，通行后最高时速为120km、最低时速为80km，路基总宽度为24m。工程对路基强度以及承载能力有着较高要求，为确定路基压实度，采用灌砂法展开检测，检验路基性能是否达到质量标准要求。按照试验需要本次采用规格为φ150mm 的灌砂筒。《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2004)对各等级公路土方路基压实度要求作出规定，具体规定见表1。

表1 各等级公路的土方路基压实度要求规定值

2.2 量砂选择

考虑到试验期间量砂对结果的影响较大，颗粒间组成不同易造成密度参数变化、结果失真，因此，量砂必须保障洁净度达到标准要求，且材料均匀性良好，各规格砂粒径允许偏差范围如表2所示。根据该项目施工实际情况，砂粒径为0.3～0.6mm 能够满足本次试验所需[1]。

表2 各规格砂粒径允许偏差

2.3 量砂标定

2.3.1 标定深度与砂密度

在灌砂法中量砂密度与标定罐砂速度之间存在正比例关系，当标定深度降低至≤2.5cm 状态时，砂密度会受深度影响也出现下降，幅度约1%左右，因此，若想有效控制测量精度，必须结合外界温度，做好测量时洞深的控制。

2.3.2 储砂面高低测定

在密度检测过程中，储砂筒量砂顶面高度与砂密度之间也有着一定关系，当其高度处于＜5cm 状态时，密度缩减幅度为1%左右。因此，在试验操作中，储砂筒内砂面高度以及标定密度也是两项重要控制内容，需要确保数据的准确性。及时排查是否存在影响测量准确性的因素，采取有效的预防措施，以便后续操作顺利进行。

2.3.3 量砂稳定性

灌砂法应用过程中，砂的洁净度、含水量以及均匀性对每个试验步骤均有着直接影响，且在具体操作过程中需要考虑到外界气候环境的影响。如天气过于潮湿在试验中会导致量砂含水量变化，需要提前采取控制措施。在正式试验前将量砂在空气条件下静置，保持砂与试验环境的湿度一致。同时，试验中应按照灌砂法的试验步骤，每个环节准备充分。避免因准备不充分导致试验中断。此外，如发现试验过程中量砂数量不足以完成本次试验，则应停止试验，待室内量砂标定完成后，方可使用。避免因两种量砂密度不一致而混装在一起进行试验，从而导致试验结果出现偏差[2]。

2.4 试验重点

2.4.1 合理选择场地

试验场地的合理性对提高最终试验结果的准确性有着积极的影响。在具体选点过程中，应优先选择地势平坦、开阔区域，便于操作以及合理布置试验点。按照本次施工方案要求，最终选择规格为40cm×40cm的平坦空地作为测试点；并在试验场地内直接置放基板，增强路基结构整体的安全性、稳定性，避免在试验过程中储砂筒发生倾斜。同时，为使试验结果更加精准，在正式操作前还需对路基进行清理，减少不良因素的干扰。

测点布设需要考虑到公路路基碾压后中间部位压实度处于最高水平，从中间向两侧逐渐下降，因此测点也要布设在路基中间以及两侧三个位置上，从而确保试验结果准确、全面，以免结果失真未能及时检测出压实度不均现象。此外，要求检测人员将开挖出的材料直接放到指定容器内保存，避免被挖出材料丢失或水分散失而影响试验结果。灌砂法主要仪器工具如图2所示。

图2 灌砂法主要仪器工具

2.4.2 试验步骤控制

开挖试洞期间，试验人员需要注意以下几点：一是当表面粗糙度较大时，应测试粗糙消耗的量砂。二是能够在短时间内快速完成开挖工作，避免造成边缘土体失稳影响结构整体稳定性。三是开挖过程中应形成规则的试洞结构，试洞边缘应有着良好垂直度，禁止开挖出梯形结构，若遇到试洞有着复杂的边缘结构，容易发生量砂大面积流动问题，应提前采取控制措施，避免最终试验结果失真。四是每次试验时灌砂筒内量砂质量及高度应与室内标定时保持一致，试验过程中应无干扰，保持量砂处于松散状态；其余试验步骤均需按照《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450—2019)要求进行。

2.5 注意事项

压实度是衡量公路路基强度、刚度等性能的重要指标之一，路基压实度检测方法有多种，其中灌砂法更受业内青睐，因为此法操作相对简便，但在具体操作过程中，诸多事项难以掌握，从而导致检测结果准确性受到影响。经过该项目的实际操作，总结灌砂法在应用中需要注意以下几点。

一是严格控制量砂质量，在使用前应过筛、清洁、烘干，并使其与空气湿度平衡。若量砂含水率过高，可提前进行晾晒。

二是量砂密度标定应严谨、规范操作，需要至少3次以上的标定，确保量砂密度值可靠、准确。

三是试验时开挖试坑深度应为整个压实层，路基填料不能与其他材料混合填筑，路基填料应与室内标准击实试验时土样一致。

四是试洞开挖过程中需要保持垂直度良好，上下试洞直径保持一致，误差需控制在允许偏差范围内，且洞壁呈光滑、笔直状，便于压实度测试；所有开挖的材料应装入到塑料袋或试样盒当中，避免与其他材料混合及丢失或因温度高而导致挖出材料水分蒸发。

五是挖出土样含水率试验时，需从试洞内挖出的材料采用四分法拌和均匀。对样品数量有着特殊要求：使用小型灌砂筒试验时，细粒土应≥100g、中粒土应≥500g；使用大灌砂筒试验时，细粒土应≥200g、中粒土应≥1000g，样品为粗粒土、无机结合材料时需要将全部挖出材料烘干称量，且样品数量需应≥2000g。

3 压实度超百问题发生原因与处理措施

经过试验发现，用灌砂法进行公路路基压实度试验检测过程中，试验结果超百问题是结果出现误差的主要表现之一，为避免此类问题发生，结合该项目灌砂法的操作，对压实度超百的原因与处理措施展开分析。

3.1 压实度超百发生原因

压实度是公路工程施工中路堤填料压实结束后，根据填料干密度与标准最大干密度相比计算出的一项反应路基性能的参数，其中任何一项数值不准确都会对最终结果造成影响，导致超百情况。因此，总结出压实度超百发生原因主要有如下因素。

3.1.1 设备因素

灌砂法操作过程中试洞深度与标定筒深度存在误差，导致砂密度测试出现偏差，如该项目中所使用的标定筒的规格为φ150mm，那么测定层厚度也应为150mm。如填筑层过厚，且未对厚度超出部分清除处理，如按室内标定罐的深度来检测碾压层压实度，会导致因碾压层填料实测干密度偏大，从而压实度偏大，而整个碾压层压实度可能偏低。

3.1.2 操作因素

因灌砂法操作步骤简单、通俗易懂，实际操作中随意性也大大提升，从而使操作过程中出现压实度超百。如试验过程中未能准确测试路基表面粗糙度、试洞开挖深度不足、试洞形状不规则等；或在上一步施工操作中，路基摊铺时使用填料粒径与标准不符，导致路基均匀性差；或在粗料相对密集位置进行试验，也会导致最终填料干密度结果偏大，压实度超百。

3.1.3 环境因素

我国幅员辽阔、地大物博，在公路施工中天然砂粒径大小不均匀情况无法避免，该工程则面对该问题，难以开挖出规则、标准试洞，极易因试洞壁不平整导致返修，造成试洞尺寸越来越大。工程所处地区干燥、风大，水分蒸发快，室外检测条件不理想，而室内检测时普遍含水量偏小，导致填料干密度值过大；且风大易造成填料与灌砂重量称量时出现误差。

3.2 压实度超百处理措施

考虑到施工现场的实际环境条件，需要结合每种导致压实度超百的因素采取处理措施，提高最终试验检测结果的准确度。

3.2.1 改进试验设备与试验方法

在灌砂法测定压实度时，设备是基本条件、方法是基本要求。其中必须设备则是灌砂筒，因此，必须确保灌砂筒质量合格；按规范要求严格控制压实层厚度；也可改变灌砂筒直径来适应现场施工情况，从而缩小误差。

3.2.2 加强试验过程中的控制

采用灌砂法检测路基压实度时，试验人员对操作的掌握程度是检测结果准确度控制中必不可少的措施之一。必须严格按照规范操作，如试洞深度是否满足要求，试坑壁是否平整光滑、大小是否一致；并督促试验人员快速完成每个步骤，如挖出材料及时放到指定容器中存放，避免水分蒸发造成误差。

4 结语

综上所述，公路路基压实度检测对了解其性能、评估工程整体品质都有着重要意义，而灌砂法在路基压实度检测中最为常用，但由于操作中诸多因素难以把控，试验偏差也极易出现。因此，应规范每个施工环节，减少可能导致偏差的干扰因素、不良因素，并反复检查各操作要点是否符合规范要求，以获得精准的检测结果，客观反馈路基压实度。