公路路基压实度检测方法中灌砂法的运用研究

徐宝贵

（福建省交设工程试验检测有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

路基是公路结构的重要组成部分，路基压实度检测是公路新建、改扩建项目中必不可少的环节。要保证路基质量符合工程要求，挖坑灌砂法是一种有效可靠的压实度检测方法，目前在公路工程建设中应用非常广泛，能够为后续工程的顺利开展奠定坚实基础。

2 公路路基压实度检测中灌砂法应用的重要性和范围

2.1 灌砂法应用的重要性

碾压过程是路基路面施工的重要环节，压实质量与路基路面的强度、刚度、稳定性和平整度密切相关。压实度是路基路面施工质量检验的关键项目，《公路工程质量检验评定标准》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。对于土路基，压实度是筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示。标准最大干密度在路基施工前先通过室内重型击实试验得到，路基现场压实后的干密度通常采用灌砂法或环刀法进行检测。灌砂法是施工现场最常用的方法之一，是标准方法，它的优点较多，所需要的仪器轻便、易于携带、现场操作方法简单，是一种既经济又方便的试验方法。由于环刀法中采用的环刀容积通常为200cm3，环刀高度约5cm，所以，环刀法只适用于测定细粒土的压实度。

表1 各等级公路的土方路基压实度要求规定值

2.2 灌砂法的应用范围

灌砂法适用于现场测定基层、底基层、砂石路面、路基土等各种材料的密度和压实度检测，但灌砂法对路基填料压实后孔隙大小有着较高要求，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。因此，在路基施工中，需要根据工程的实际特点，合理应用技术手段，将路基填料最大粒径控制在不超过压实层厚2/3的范围内，为灌砂法的应用奠定坚实基础。

3 灌砂法的试验流程及计算过程

3.1 灌砂法的试验流程

在应用灌砂法之前，先要确保填料最大粒径、检测层厚度等满足相应要求。现以直径为150mm的灌砂筒为例，具体试验流程如下:

（1）在具体公路工程项目中，先确定要进行压实度检测的段落长度及车道数等，再确定检测点数及检测点位置，并标注所使用量砂的松方密度。

（2）在选定的测试点，要保证测试区域平坦，且该区域面积要大于基板面积，根据试验区域的表面粗糙度，确定是否需要设置基板。如果表面光滑平整，可不设置基板；如果表面粗糙度较大，应先设置基板，在基板位置做好标识，测试出粗糙表面和基板间量砂及灌砂筒下部圆锥体内量砂的合计质量。

（3）在基板孔洞的位置开挖一个直径为150mm左右的试坑，将开挖的土样品收集起来进行称重并检测含水率。

（4）将灌砂筒对准基板中间，放置在试坑，打开阀门让砂流入试坑中，当量砂停止流动后，关闭阀门并取出，随后对灌砂筒中剩余的砂进行称重。

回收未被污染的量砂，并清理现场。灌砂法试验主要的仪器工具有灌砂筒、标准砂、基板、电子天平等，如图1所示。

图1 灌砂法主要仪器工具

3.2 公路路基压实度检测中灌砂法的计算过程

（1）计算填满试坑所用的砂的质量mb（g）：

灌砂时试坑上放有基板：mb=m1-m4-（m5-m6）

灌砂时试坑上不放基板：mb=m1-m4-m2

式中：mb表示填满试坑的砂的质量（g）；m1表示灌砂前灌砂筒内砂的质量（g）；m2表示灌砂筒下部圆锥体内砂的质量（g）；m4表示灌砂后灌砂筒内剩余砂的质量（g）；（m5-m6）表示灌砂筒下部圆锥体内基板和粗糙表面间砂的合计质量（g）。

（2）计算试坑材料的湿密度ρw（g/cm3）：ρw=mw/mb×ρs

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

（3）计算试坑材料的干密度ρd（g/cm3）：ρd=ρw/(1+0.01w)

式中：w表示试坑材料的含水率（%）。

（4）计算施工压实度：K=ρd/ρc×100%

式中：K表示测试地点的施工压实度（%）；ρc表示由击实试验得到的试样的最大干密度（g/cm3），各种材料的干密度均应准确至0.01g/cm3。

4 公路路基压实度检测中灌砂法的应用要点

4.1 量砂的选择

在利用灌砂法对公路路基压实度进行检测的过程中，要使用同一粒径的量砂，保证量砂的均匀性，目的是标定量砂的松方密度，降低其发生变化的可能性，为后续检测工作的顺利进行奠定坚实基础。在检测时，使用同一粒径的量砂，也会大大提升检测结果的准确性。现在选取一个直径为150mm的灌砂筒做量砂密度标定试验，使用不同粒径范围的量砂，每种粒径做三次试验，取得标定罐中的砂重，具体情况见表2。

表2 不同粒径的量砂在标定时标定罐中砂重情况

对表2进行分析可以看出，在标定罐中，量砂的粒径为0.3～0.6mm时的极差最小，表明该组数据的离散度最小，使用该粒径范围量砂做灌砂法检测结果的准确性较高。

4.2 量砂的松方密度标定

4.2.1 储砂筒中砂面高度对量砂密度的影响

量砂密度会随着储砂筒中砂面高度的下降而降低，根据有关测试显示，砂面高度和量砂密度呈正比例关系，其高度每下降5cm，砂密度会下降1%左右。因此，在试验过程中为了保证试验的准确性，试验人员要控制好砂面高度，每次试验都保持同一砂面高度，确保各项工作严格按照要求进行。

4.2.2 注意量砂自身的稳定性

在利用灌砂法对公路路基压实度进行检测之前，先要保证量砂质量符合试验要求，试验人员应对量砂进行烘干，然后筛分，取出0.3～0.6mm粒径范围内的量砂备用，每换一批次量砂，都需要重新标定量砂的松方密度和圆锥体内砂的质量。还要保证量砂数量充足，避免出现现场检测时量砂不够、无法满足检测频率要求的现象。

4.3 合理选择灌砂筒

作为灌砂法检测中重要的试验仪器，灌砂筒大小是否合理将直接影响灌砂法的应用效果，灌砂筒的选择要严格按照《公路路基路面现场测试规程》中的有关要求进行。

（1）填料最大粒径＜13.2mm，测定层厚度不超过150mm时，宜采用直径100mm的小型灌砂筒测试。

（2）13.2mm≤填料最大粒径＜31.5mm，测定层厚度不超过200mm时，宜采用直径150mm的灌砂筒测试。

（3）31.5mm≤填料最大粒径＜63mm，测定层厚度不超过300mm时，宜采用直径200mm的灌砂筒测试。

（4）63mm≤填料最大粒径≤100mm，测定层厚度不超过400mm时，宜采用直径250mm及以上的灌砂筒测试。

总之，灌砂筒一定要根据填料最大粒径和测试层厚度进行选择，以保证检测结果的准确性。

4.4 检测现场土样含水率

含水率是影响路基压实度检测结果的重要因素，现场土样含水率越高，路基越不容易压实，压实度就越小，因此，想要保证含水率检测的准确性，需要注意以下方面。

（1）为了方便且尽快得出含水率，通常采用酒精燃烧法平行试验，由于酒精是危险易燃化学品，所以，此方法在试验过程中应注意安全，采取必要的防护措施，并且确保前一次燃烧完全结束后，方可加入酒精试验。

（2）采用室内烘箱烘干法。此方法准确性、安全性高，但试验周期较长，对工期造成一定影响。

可根据现场实际情况选择适用的试验方法。

4.5 加强对灌砂时间的控制

灌砂时间同样也是灌砂法应用过程中需要关注的重点内容，要严格按照规程要求进行操作。量砂在灌入过程中，观察储砂筒上方量砂停止流动后，操作人员很难直接了解砂的轻微流动状况，也无法直接观察试坑内部，因此，控制灌砂时间的重要性就凸显出来。如果灌砂时间不足，提前结束，会让流入试坑中的量砂数量变少，影响路基压实度检测结果的准确性。

4.6 检测过程的注意事项

（1）公路路基压实度检测工作要严格按照《公路工程质量检验评定标准》进行，根据检测段落长度，合理设置检测点的数量，并随机选取检测点桩号及位置。

（2）灌砂筒内砂面高度应距筒顶15mm左右，并且灌砂筒与筒内砂总重量始终保持一个重量。

（3）灌砂筒的阀门打开时，应在灌砂筒顶稍加用力往下按住灌砂筒，使其固定，以免筒身受到横向力产生位移，造成筒身与试坑的中心线不在一条线上，影响检测结果。

（4）每个试坑的形状都应该为圆柱体，周壁呈竖直状态，避免出现上小下大、上大下小的情况，这样会使检测结果偏小或偏大。

（5）为了避免出现灌砂时间不足的问题，在观察到砂停止流动时，不要立刻停止灌砂，而是要再等10s左右，再进行后续操作，如此可提高砂量计算和压实度数据的准确性。

（6）当试坑中挖出的土样有石块时，应在灌砂前，将石块放入试坑内，否则会使检测结果偏大。

（7）地表面处理要平整，灌砂筒、基板、试坑三者的中心线要保持在同一条线上，只要表面凸出一点（即使是1mm），整个表面就会高出一薄层，其体积会算到试坑中，影响试验结果。所以，一般都要先放上基板测出粗糙表面对量砂的消耗量，只有在表面非常平整的情况下才能省去这个步骤。

（8）在灌砂过程中，应停止周边施工设备工作，尤其是压路机等大型机器设备，避免因施工设备工作产生的震动，造成流入试坑的量砂变多，从而影响检测结果。

（9）为了避免土样水分蒸发速度过快影响含水率检测结果，在开挖试坑过程中，应及时边开挖边收集土样装入塑料袋，并拧紧袋口，防止水分蒸发。

（10）灌砂结束后，回收坑内量砂时，应避免回收受到污染的量砂，回收的量砂一定要注意烘干并过筛，放置一天以上，当其达到与空气的湿度平衡后方可继续使用，否则会影响量砂的松方密度。

5 结语

综上所述，为了保证路基压实度检测效果，应用灌砂法过程中，试验人员要掌握试验原理及基本操作技巧，严格按照相关的试验规程进行作业，并关注检测重点及注意事项，提升检测结果的准确性，为整个工程项目质量保驾护航。