淺析灌砂法測定原位密度

魏哲華

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，烏魯木齊 835000)

灌砂法主要適用于現場測定細粒土、砂類土和礫類土的密度，目的是測定工程現場土體的密度，對填方工程進行施工質量控制。

1 試驗原理

任取一試驗工作面，在刮平的地面上挖一試坑，稱取試坑中試樣質量，然后灌注一定密度的標準砂，利用砂的質量和密度求其體積，測定濕密度，根據試樣的含水率，測定密度。

2 影響測試的因素

按照《土工試驗規程原位密度試驗》(SL 237—041—1999)(以下簡稱《規程》)，灌砂法即挖坑填砂法，分為用套環法和不用套環法兩種。

2.1 標準砂

標準砂的作用是置換試坑內試樣，是影響試驗結果的重要因素之一。

2.1.1 標準砂的制備及其密度校準

據相關資料表明，標準砂粒徑在0.3～0.5mm范圍內密度較穩定。在《規程》中建議用0.25～0.5mm粒徑的砂樣充分風干后，按照《規程》附錄a(《量砂制備方法及其密度校準》)進行標準砂密度的校準。

2.1.2 標準砂的風干程度

由于標準砂可重復使用，當標準砂濕度發生變化或混有雜質時，標準砂的密度會發生變化。特別是原位密度試驗須進行兩次平行測定，確定灌注標準砂的濕度和純度保持一致，比如:試坑中試樣含水率較大導致標準砂濕度發生變化，或試坑邊壁有松動的細顆?；烊胧箻藴噬傲桨l生變化，都有可能導致試驗失敗。

2.1.3 灌注標準砂的速度

標準砂在校準密度時，灌砂過程中量器不受任何振動，標準砂下落速度大致相等。灌砂法密度試驗儀在現場檢測過程中不能受外界振動或風、灰塵等其他介質的影響，目的是保證現場灌注砂與室內校準標準砂密度保持一致。

2.2 試坑

試坑體積主要與試坑大小、土的性質、地面與試坑工作面的平整度等有關。

2.2.1 試坑尺寸

試坑尺寸必須與試樣的粒徑相配合，使所取的試樣有足夠的代表性。試坑尺寸與相應的最大粒徑關系應遵循下表的規定。

試坑尺寸與試樣最大粒徑表

2.2.2 土的性質

由于細粒土、砂類土和礫類土不同類土間的孔隙存在差異，對測試結果的影響程度或大或小。砂類土或礫類土試坑壁周圍的砂粒容易脫落或移動，會造成試坑體積變小或增大，所以在檢測過程中，盡量將試坑內松動的顆粒全部取出測出實際試坑體積。

2.2.3 地面與試坑工作面的平整度

取樣工作面的平整度是測定試坑體積的關鍵因素，特別是不用套環時的密度測定，用直尺測平量砂面保證與取樣面周邊的原地面齊平，最好借助水平尺來測平。測定邊坡工程的原位密度時，必須將邊坡表面未壓實的土層清除，按同一坡比在檢測高度處削出一平面后垂直于平面進行測試。

2.3 檢測環境

由于填土密度變異性較大，兩次平行試驗的目的只是為了相互驗證，沒辦法用允差來控制。在檢測過程中應盡量減少環境條件的影響，如:濕度或溫度較高、在灌注標準砂時有振動機械等，均會影響原位密度的測定結果。

2.4 含水率

試坑中取出的試樣放入封閉性好的容器，保水措施不受外界環境影響，可快速測定容器及試樣質量。目前測定含水率的方法有兩種:?測全料含水率，該法取代表性試樣時應盡量照顧粗、細料含量的比例，試樣數量為2000～5000g;?粗、細料含水率分別測定(在測粗料含水率時，應盡量把粘在粗料上的細料取下，并且盡量照顧粗料每級級配的比例)，然后按加權值計算全料含水率。經過大量試驗表明，測全料含水料一般偏大于加權含水率，建議原位密度一般取加權含水率測定為宜。

3 結果分析

按照《規程》對原狀土進行測定時，注重測試過程中的細節，匯總資料對土體進行判斷。

對填方工程進行測定時，設計控制指標一般為壓實度、相對密度或孔隙率，測試結果有時會出現小于或遠大于(如:壓實度、相對密度大于1)設計指標的情況。應綜合考慮以下幾個方面。

3.1 填筑料質是否發生變化

前期料場調查過程中，對料源的分布、料質的顆粒組成及均勻性等缺少大量的試驗取證，取樣代表性不強，會造成設計指標的不準確，如果用級配碎石作填筑料，級配控制達不到理想狀態等現象。當檢測值出現忽高或忽低于控制指標時，在綜合考慮施工參數的基礎上，要抽取一定量的填筑料判定該料質是否存在差異。

3.2 質量控制管理是否得當

現場檢測在了解施工方案的基礎上，查驗填筑料的碾壓施工參數是否與碾壓試驗相符合;攤鋪機械是否均勻攤鋪填筑料;粗、細顆粒是否集中;超出最大料徑的料質是否剔除等。在做好檢測工作的同時，檢測員須注意觀察現場施工質量控制的每個環節，以便于分析測試結果。

3.3 測試環節是否有紕漏

灌砂法測定原位密度除須把握好操作過程中的影響因素，還應考慮工程現場的實際情況。如:原狀土孔隙較大或填筑料架空時，試坑四周邊壁存在較大孔隙，不能直接灌注標準砂測體積，而是沿著試坑外形，松弛地放入一層柔軟的綢布，然后再進行灌砂;現場取樣深度的選取應比較碾壓后實體厚度和試坑尺寸與試樣最大粒徑表規定設計要求后，取其中的最大值。

4 結語

灌砂法測定原位密度在水利工程中使用較為廣泛，經濟、科學、準確率高，試驗操作過程簡單、快捷。一些檢測員認為實測值不可能大于室內測定的理論值，這種想法是錯誤的。任何一種料質不存在單一性，只是相對均勻性，室內測定的理論值是一范圍值，而不是固定值。所以在檢測結果出現異議時，要權衡各種影響因素，找準關鍵點。■

［1］ SL 237—1999．土工試驗規程［S］．

［2］ 丁凱，曹征齊．巖土工程類地基與基礎［M］．北京:黃河水利出版社，2008．