探析建筑工程检测中灌砂法的应用

李卓衡 孔德国 云南建筑科学研究院有限公司

1 前言

伴随我国经济的不断发展，建筑工程的数量在不断提升，工程数量提升的同时也要求工程质量必须得到保证，工程质量关系到人们的生命财产安全，所以需要对工程质量予以高度重视。万丈高楼平地起，地基对于建筑工程而言意义重大，地基的稳固性既关系到建筑工程的质量，又关系到建筑工程的安全性，所以需要采取有效的技术方法检测地基的施工质量。在建筑工程中，地基属于持力层，在建筑工程结构中居于重要地位，而地基质量如何，需要依据相关指标进行检测。压实度便是关键性指标，若地基压实度不足，会导致建筑整体结构的稳定性受到影响，使建筑工程的使用寿命及工程质量受到影响。当前对建筑工程地基项目开展压实度检测的主要技术方法包括环刀法、灌砂法以及核子密度技术，其中最为常用的便是灌砂法，其具有快速检测、准确度高、检测全面等突出优势[1]，目前已广泛应用于道路工程路基压实度检测方面。本文将结合具体实例对灌砂法在建筑工程中的应用展开探讨。

2 灌砂法概述

2.1 主要原理

房建工程中灌砂法主要是采用粒径在0.25mm～0.5mm的砂进行试验，所用砂必须保证干净、均匀，将事先准备好的砂从特定高度自上至下自由落入预先挖好的试验孔洞中，通过质量不变原理测量试验孔洞体积[2]，事实上，灌砂法便是采用标准砂石置换试验孔洞中的骨料，然后依据骨料中的含水量，推算试验样本实际测量的干密度，从而得出实际测量结果。

2.2 操作步骤

灌砂法操作是在灌水法试验方法的基础上开展的，操作步骤见图1所示。

从图1 中可以了解到，灌砂法在开展前，必须做好充分的准备工作，例如，挖坑工作、标准砂准备工作等，灌砂法对于前期准备工作的要求非常严格，尤其是现场检定所使用的砂，必须保证其粒径在0.3mm～0.6mm 之间，并将其处理干净，以免影响检测的准确性，避免检测结果出现误差。在操作过程中还应该注意细节，例如，注砂时不要出现震动，关闭阀门时要紧闭，避免出现漏砂问题，从而影响检测准确度；在计算密度及干密度时，应该先计算标定罐的容积及标准砂的密度，计算公式如下[3]：

图1 灌砂法的操作步骤

式中，VR代表容砂瓶容积；MR2代表漏斗、容砂瓶以及谁的总体质量；MR1代表容砂瓶以及漏斗的质量；PWR代表不同水温时对应的密度；PS代表标准砂密度；MRS代表漏斗、容砂瓶以及标准砂的总体质量。

根据式（1）和式（2）可以得出试样的密度和干密度计算公式，其计算公式如下：

式中，ρ0代表试样密度（g/cm3）；MP代表试坑试样的质量（g）；MS代表注满砂石的试坑所使用标准砂质量（g）；ρd代表试样干密度（g/cm3）；ω代表试样含水率（%）。

在本研究中，所使用的装砂容器为灌砂筒，通过上述方法能够将试样的密度及干密度计算得出，从而实现灌砂法测量的目的。

3 灌砂法在建筑工程检测中的具体应用

在开展建筑工程施工中建筑工程容易受到地质灾害影响，且我国很多地区的地质条件较差，尤其是软土地质条件或者是地质比较疏松的地区，在开展地基工程时，因地质疏松导致易变性，所以对地基底层需要加固处理。常用的处理方法包括换填法、强夯法等，虽然这些压实方法对于地基底层处理均比较有效，但仍需要检测地基施工的压实度。从上述内容可以了解到，灌砂法是检测压实度的一种常用方法，所以灌砂法在建筑工程中的应用具有一定的意义，灌砂法在建筑工程中的具体应用体现在以下几方面。

3.1 可用于提升地基承载力

通常来讲，地基抗剪强度同地基承载力之间存在密切联系，针对软弱地基采用砂石换填，砂石换填一般是对软土地基进行开挖，使之挖至一定深度，然后将预先准备好的砂石料填充进去，使砂石料取代原来的软弱土，通过砂石换填能够提升地基承载力，并且还能够降低地基变形特性，从而使基层承载的要求得以达成。但实际选择的砂石料，应该通过试验的方式来确定，综合考量填料成本及施工成本，保证既能够满足地基承载力提升的要求，又能够降低施工成本，所以可以采用灌砂法进行试验检测，通过试验检测确定需要填充的密度和工程量，保证地基承载力能够满足实际建筑需求。

3.2 可用于减轻建筑物沉降产生的破坏

从上述内容可以了解到，采用砂石换填的方法提升软土地基的承载力，需要保证砂石量和填充密度达到一定要求。通过灌砂法能够科学计算出砂石使用量以及填充密度，使建筑地基持力层能够保持均匀状态，有效避免建筑物因持力层存在不均匀所致沉降裂缝和结构破坏问题，使建筑物的整体性得到保护，这主要是因为在采用灌砂法的基础上，能够使砂石均匀分布，保证垫层整体结构趋于均匀化，从而提升了地基承载力，并且有效提升地基抗变形能力[4]。同时，基于灌砂法试验检测能够确定地基的压实度，对于建筑物沉降问题也能够提供有效保障，避免因建筑物沉降造成建筑物整体受到破坏。

3.3 可用于地基排水固结

在灌砂法的作用下可确定砂石填充量及密度，在保证砂石填充量以及密度合理的条件下，不仅可以保证地基压实度，而且通过砂石换填还有利于地下排水。主要是因为建筑工程地基下方的地下水位较浅，当地基软土受地下水作用下很容易出现塑性破坏，通过砂石换填能够将软土替换，换填后的砂石具有较好的透水性、排水性和导水性，可当作建筑地基下方的排水通道，从而有利于地基下方出现的地下水从砂石孔隙中较快的排出[5]，地下水的滞留和侵蚀一旦得以控制，会使地基得到有效保护，并且还能够促使建筑地基下方软土层固结，从而保证建筑整体的稳定性。

4 案例分析

从上述内容中了解到，灌砂法在建筑工程检测中发挥重要的作用，也是砂石换填法提升地基承载力的重要保障，总体来讲，灌砂法在建筑工程检测中的应用，主要是检测地基压实度，并为砂石换填法的应用提供数据依据，为了进一步探讨灌砂法在实际工程中的应用，本文以实际案例探究该方法的应用。

4.1 工程概况

国内某市养老院建设项目在该市的市郊区域，处于该市的南部地区，与该市附近河流靠近，建筑场地原属于洗砂场，且该场地部分地区属于洗砂场取砂回填区域，地势南高北低，通过地质勘察结果得出：该区域地基表层土属于素填土，是由人为的方式堆积形成，地基表层下方是由第四系冲洪积作用下形成的卵石和粉土，在卵石层中还包含砾砂、圆砾以及中砂等亚层构成，具体地质特征见表1所示。

表1 养老院建设项目地质特征

从表1中可以观察到，该工程所处地理位置的地质条件较差，在开展地基工程施工时，因地表素填土层的结构疏松，且粉土层软弱，所以需要采取措施对地基原土进行换填，基于砂石换填法的优势，可以采取此法，但换填前的砂石使用量及密度计算以及换填后的压实度检测，需要采用灌砂法进行，具体需要采用试验的方法解决这些计算和检测问题。

4.2 灌砂法试验内容

首先取自来水装入标定罐之中，对标定罐的体积（V）进行测量，将预先选好的砂置入储砂桶之中，储砂质量设为m1，然后将灌砂筒置入到标定罐的上方，将开关装置打开，使砂从中流出，流至灌砂筒内无砂流出为止，然后将开关关闭，灌砂筒内余砂质量，将其设定为m3，将灌砂筒下椎体内部砂质量设定为m2，则可得出标定罐填满状态下所需砂质量m，即：

根据计算结果可继而计算砂单位质量ρ，即：

取平坦表面，将带孔基板放于其上，将带砂灌砂筒放置于基板孔的正上方，砂质量记为m5，然后将开关装置打开，使筒内砂通过基板孔流出，直至停止流出为止，然后将开关装置关闭，几个灌砂筒取下，并将筒内砂质量进行称量，将称量结果记为m6，完成上述操作后清扫地面，将基板重新放置原来位置，进行取样，为了避免取得样本在空气中出现水分蒸发，特将其放置在密闭塑料袋之中，从样品之中选出代表性材料，并测量其含水率（ω），然后将基板置于试坑的上方，在基本正中间防止灌砂筒，使灌砂筒中的砂通过基板孔流至试坑之中，直至砂不再流出为止，然后关闭开关装置，将灌砂筒取走，对灌砂筒内部余砂质量称量，记为m4，则可计算室内填满所使用的砂质量m`。

根据式（3）和式（4）可计算出材料密度及干密度，材料的压实度可以利用干密度值计算得出，即：

其中，K为材料压实度；ρd为材料干密度；ρc为试验获取的试样最大干密度；ρs为量砂单位质量。

4.3 灌砂法试验结果。

本次试验研究所选取的取样部位共计10 层，通过计算得出各层砂石换填材料的含水率、干密度，并根据压实度计算公式算出了压实系数，通过对这些数据记性归集统计得出，本次试验研究结果见表2所示。

表2 灌砂法试验得出的结果统计

从表2中可以观察到，从第一层～第十层，其砂石换填材料的含水率在持续降低，这说明砂石换填的层数与材料含水率之间存在负相关的关系。之所以产生这种情况，主要是因为砂石回填材料与天然土相比，其含水率比较高，同时受到室外温度影响，所以会导致层数增加的过程中，含水率会随之降低；伴随含水率的降低，填料的压实度也会随之降低，这主要是因为砂石回填料的含水率一旦降低，会导致砂石回填料缝隙之间产生更大的摩擦阻力，从而导致砂石回填料的压实度得以降低，若砂石回填料的含水率比较高，则水能够在使回填料颗粒间发挥润滑作用，导致砂石回填料的压实度得以提升，而干密度与含水率之间是负相关的关系，所以当砂石回填料的含水率岁层数增加而降低时，干密度反而会升高。

4.4 试验结果讨论

通过以上试验结果得知，灌砂法不仅能够计算出材料含水率、密度及干密度，而且还能够计算出压实系数，根据压实系数判断砂石回填材料的压实度，对于提升地基回填质量具有重要意义，通过质量及密度计算也能够为实际工程量设计提供一定的支持。由此可见，灌砂法可以作为建筑工程检测工作的可行方法，但在实际应用的过程中，还应该注意所用材料设备的预先准备，保证材料设备能够满足实际检测要求，使检测的准确度和有效性得到提升。

5 结束语

综上所述，通过实际工程案例开展的试验研究可知，伴随砂石换填层数的逐渐增加，材料含水率在不断降低，导致压实度也不断降低，这说明砂石换填法对于软弱地基土层处理具有重要作用。而本文研究的灌砂法则是这种地基处理技术，能够有效检测建筑工程地基压实度，可指导建筑工程地基回填压实工作，从而有效控制压实度，保证地基施工质量，提升建筑工程整体质量和安全性。