探析建筑工程檢測中灌砂法的應用

李卓衡 孔德國 云南建筑科學研究院有限公司

1 前言

伴隨我國經濟的不斷發展，建筑工程的數量在不斷提升，工程數量提升的同時也要求工程質量必須得到保證，工程質量關系到人們的生命財產安全，所以需要對工程質量予以高度重視。萬丈高樓平地起，地基對于建筑工程而言意義重大，地基的穩固性既關系到建筑工程的質量，又關系到建筑工程的安全性，所以需要采取有效的技術方法檢測地基的施工質量。在建筑工程中，地基屬于持力層，在建筑工程結構中居于重要地位，而地基質量如何，需要依據相關指標進行檢測。壓實度便是關鍵性指標，若地基壓實度不足，會導致建筑整體結構的穩定性受到影響，使建筑工程的使用壽命及工程質量受到影響。當前對建筑工程地基項目開展壓實度檢測的主要技術方法包括環刀法、灌砂法以及核子密度技術，其中最為常用的便是灌砂法，其具有快速檢測、準確度高、檢測全面等突出優勢[1]，目前已廣泛應用于道路工程路基壓實度檢測方面。本文將結合具體實例對灌砂法在建筑工程中的應用展開探討。

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徑在0.25mm～0.5mm的砂進行試驗，所用砂必須保證干凈、均勻，將事先準備好的砂從特定高度自上至下自由落入預先挖好的試驗孔洞中，通過質量不變原理測量試驗孔洞體積[2]，事實上，灌砂法便是采用標準砂石置換試驗孔洞中的骨料，然后依據骨料中的含水量，推算試驗樣本實際測量的干密度，從而得出實際測量結果。

2.2 操作步驟

灌砂法操作是在灌水法試驗方法的基礎上開展的，操作步驟見圖1所示。

從圖1 中可以了解到，灌砂法在開展前，必須做好充分的準備工作，例如，挖坑工作、標準砂準備工作等，灌砂法對于前期準備工作的要求非常嚴格，尤其是現場檢定所使用的砂，必須保證其粒徑在0.3mm～0.6mm 之間，并將其處理干凈，以免影響檢測的準確性，避免檢測結果出現誤差。在操作過程中還應該注意細節，例如，注砂時不要出現震動，關閉閥門時要緊閉，避免出現漏砂問題，從而影響檢測準確度；在計算密度及干密度時，應該先計算標定罐的容積及標準砂的密度，計算公式如下[3]：

圖1 灌砂法的操作步驟

式中，VR代表容砂瓶容積；MR2代表漏斗、容砂瓶以及誰的總體質量；MR1代表容砂瓶以及漏斗的質量；PWR代表不同水溫時對應的密度；PS代表標準砂密度；MRS代表漏斗、容砂瓶以及標準砂的總體質量。

根據式（1）和式（2）可以得出試樣的密度和干密度計算公式，其計算公式如下：

式中，ρ0代表試樣密度（g/cm3）；MP代表試坑試樣的質量（g）；MS代表注滿砂石的試坑所使用標準砂質量（g）；ρd代表試樣干密度（g/cm3）；ω代表試樣含水率（%）。

在本研究中，所使用的裝砂容器為灌砂筒，通過上述方法能夠將試樣的密度及干密度計算得出，從而實現灌砂法測量的目的。

3 灌砂法在建筑工程檢測中的具體應用

在開展建筑工程施工中建筑工程容易受到地質災害影響，且我國很多地區的地質條件較差，尤其是軟土地質條件或者是地質比較疏松的地區，在開展地基工程時，因地質疏松導致易變性，所以對地基底層需要加固處理。常用的處理方法包括換填法、強夯法等，雖然這些壓實方法對于地基底層處理均比較有效，但仍需要檢測地基施工的壓實度。從上述內容可以了解到，灌砂法是檢測壓實度的一種常用方法，所以灌砂法在建筑工程中的應用具有一定的意義，灌砂法在建筑工程中的具體應用體現在以下幾方面。

3.1 可用于提升地基承載力

通常來講，地基抗剪強度同地基承載力之間存在密切聯系，針對軟弱地基采用砂石換填，砂石換填一般是對軟土地基進行開挖，使之挖至一定深度，然后將預先準備好的砂石料填充進去，使砂石料取代原來的軟弱土，通過砂石換填能夠提升地基承載力，并且還能夠降低地基變形特性，從而使基層承載的要求得以達成。但實際選擇的砂石料，應該通過試驗的方式來確定，綜合考量填料成本及施工成本，保證既能夠滿足地基承載力提升的要求，又能夠降低施工成本，所以可以采用灌砂法進行試驗檢測，通過試驗檢測確定需要填充的密度和工程量，保證地基承載力能夠滿足實際建筑需求。

3.2 可用于減輕建筑物沉降產生的破壞

從上述內容可以了解到，采用砂石換填的方法提升軟土地基的承載力，需要保證砂石量和填充密度達到一定要求。通過灌砂法能夠科學計算出砂石使用量以及填充密度，使建筑地基持力層能夠保持均勻狀態，有效避免建筑物因持力層存在不均勻所致沉降裂縫和結構破壞問題，使建筑物的整體性得到保護，這主要是因為在采用灌砂法的基礎上，能夠使砂石均勻分布，保證墊層整體結構趨于均勻化，從而提升了地基承載力，并且有效提升地基抗變形能力[4]。同時，基于灌砂法試驗檢測能夠確定地基的壓實度，對于建筑物沉降問題也能夠提供有效保障，避免因建筑物沉降造成建筑物整體受到破壞。

3.3 可用于地基排水固結

在灌砂法的作用下可確定砂石填充量及密度，在保證砂石填充量以及密度合理的條件下，不僅可以保證地基壓實度，而且通過砂石換填還有利于地下排水。主要是因為建筑工程地基下方的地下水位較淺，當地基軟土受地下水作用下很容易出現塑性破壞，通過砂石換填能夠將軟土替換，換填后的砂石具有較好的透水性、排水性和導水性，可當作建筑地基下方的排水通道，從而有利于地基下方出現的地下水從砂石孔隙中較快的排出[5]，地下水的滯留和侵蝕一旦得以控制，會使地基得到有效保護，并且還能夠促使建筑地基下方軟土層固結，從而保證建筑整體的穩定性。

4 案例分析

從上述內容中了解到，灌砂法在建筑工程檢測中發揮重要的作用，也是砂石換填法提升地基承載力的重要保障，總體來講，灌砂法在建筑工程檢測中的應用，主要是檢測地基壓實度，并為砂石換填法的應用提供數據依據，為了進一步探討灌砂法在實際工程中的應用，本文以實際案例探究該方法的應用。

4.1 工程概況

國內某市養老院建設項目在該市的市郊區域，處于該市的南部地區，與該市附近河流靠近，建筑場地原屬于洗砂場，且該場地部分地區屬于洗砂場取砂回填區域，地勢南高北低，通過地質勘察結果得出：該區域地基表層土屬于素填土，是由人為的方式堆積形成，地基表層下方是由第四系沖洪積作用下形成的卵石和粉土，在卵石層中還包含礫砂、圓礫以及中砂等亞層構成，具體地質特征見表1所示。

表1 養老院建設項目地質特征

從表1中可以觀察到，該工程所處地理位置的地質條件較差，在開展地基工程施工時，因地表素填土層的結構疏松，且粉土層軟弱，所以需要采取措施對地基原土進行換填，基于砂石換填法的優勢，可以采取此法，但換填前的砂石使用量及密度計算以及換填后的壓實度檢測，需要采用灌砂法進行，具體需要采用試驗的方法解決這些計算和檢測問題。

4.2 灌砂法試驗內容

首先取自來水裝入標定罐之中，對標定罐的體積（V）進行測量，將預先選好的砂置入儲砂桶之中，儲砂質量設為m1，然后將灌砂筒置入到標定罐的上方，將開關裝置打開，使砂從中流出，流至灌砂筒內無砂流出為止，然后將開關關閉，灌砂筒內余砂質量，將其設定為m3，將灌砂筒下椎體內部砂質量設定為m2，則可得出標定罐填滿狀態下所需砂質量m，即：

根據計算結果可繼而計算砂單位質量ρ，即：

取平坦表面，將帶孔基板放于其上，將帶砂灌砂筒放置于基板孔的正上方，砂質量記為m5，然后將開關裝置打開，使筒內砂通過基板孔流出，直至停止流出為止，然后將開關裝置關閉，幾個灌砂筒取下，并將筒內砂質量進行稱量，將稱量結果記為m6，完成上述操作后清掃地面，將基板重新放置原來位置，進行取樣，為了避免取得樣本在空氣中出現水分蒸發，特將其放置在密閉塑料袋之中，從樣品之中選出代表性材料，并測量其含水率（ω），然后將基板置于試坑的上方，在基本正中間防止灌砂筒，使灌砂筒中的砂通過基板孔流至試坑之中，直至砂不再流出為止，然后關閉開關裝置，將灌砂筒取走，對灌砂筒內部余砂質量稱量，記為m4，則可計算室內填滿所使用的砂質量m`。

根據式（3）和式（4）可計算出材料密度及干密度，材料的壓實度可以利用干密度值計算得出，即：

其中，K為材料壓實度；ρd為材料干密度；ρc為試驗獲取的試樣最大干密度；ρs為量砂單位質量。

4.3 灌砂法試驗結果。

本次試驗研究所選取的取樣部位共計10 層，通過計算得出各層砂石換填材料的含水率、干密度，并根據壓實度計算公式算出了壓實系數，通過對這些數據記性歸集統計得出，本次試驗研究結果見表2所示。

表2 灌砂法試驗得出的結果統計

從表2中可以觀察到，從第一層～第十層，其砂石換填材料的含水率在持續降低，這說明砂石換填的層數與材料含水率之間存在負相關的關系。之所以產生這種情況，主要是因為砂石回填材料與天然土相比，其含水率比較高，同時受到室外溫度影響，所以會導致層數增加的過程中，含水率會隨之降低；伴隨含水率的降低，填料的壓實度也會隨之降低，這主要是因為砂石回填料的含水率一旦降低，會導致砂石回填料縫隙之間產生更大的摩擦阻力，從而導致砂石回填料的壓實度得以降低，若砂石回填料的含水率比較高，則水能夠在使回填料顆粒間發揮潤滑作用，導致砂石回填料的壓實度得以提升，而干密度與含水率之間是負相關的關系，所以當砂石回填料的含水率歲層數增加而降低時，干密度反而會升高。

4.4 試驗結果討論

通過以上試驗結果得知，灌砂法不僅能夠計算出材料含水率、密度及干密度，而且還能夠計算出壓實系數，根據壓實系數判斷砂石回填材料的壓實度，對于提升地基回填質量具有重要意義，通過質量及密度計算也能夠為實際工程量設計提供一定的支持。由此可見，灌砂法可以作為建筑工程檢測工作的可行方法，但在實際應用的過程中，還應該注意所用材料設備的預先準備，保證材料設備能夠滿足實際檢測要求，使檢測的準確度和有效性得到提升。

5 結束語

綜上所述，通過實際工程案例開展的試驗研究可知，伴隨砂石換填層數的逐漸增加，材料含水率在不斷降低，導致壓實度也不斷降低，這說明砂石換填法對于軟弱地基土層處理具有重要作用。而本文研究的灌砂法則是這種地基處理技術，能夠有效檢測建筑工程地基壓實度，可指導建筑工程地基回填壓實工作，從而有效控制壓實度，保證地基施工質量，提升建筑工程整體質量和安全性。