原位密度檢測灌水法的改進探討

鄧錦南，覃世旭

（廣西壯族自治區水利科學研究院 廣西水工程材料與結構重點實驗室，南寧 530023）

灌水法廣泛應用于粗粒土、沙礫土的原位密度檢測。原理簡單、試驗便利，相對于灌砂法，水源比標準砂更容易獲取，且在粗粒石的原位密度檢測時，由于空隙較大不適合采用灌砂法檢測，而灌水法不受限制。在實際檢測過程中，發現灌入試坑中水的體積不容易精確把控，造成與實際試坑體積偏差大，導致檢測結果誤差較大。現就針對灌水法檢測中體積偏差大的問題進行檢測方法改進研究，降低檢測中的體積誤差，提高檢測結果的準確性。

1 灌水法原位密度檢測原理

土樣的灌水法原位密度檢測，主要是在測點開挖試坑，稱量試坑挖出來的土樣質量，利用水的流動性將水灌滿試坑，測量灌入試坑水的體積得到試坑的體積，根據密度公式ρ＝m/V（密度=質量/體積），計算出原位濕密度；再通過挖出來的土樣測量其含水率，由濕密度和含水率計算出測點的干密度。

2 改進前的灌水法

2.1 試驗的主要儀器

試驗所用的儀器設備應符合下列規定：直徑應均勻，并附有刻度的儲水筒；稱量20 kg，分度值5 g的臺秤；稱量50 kg，分度值10 g的臺秤；聚乙烯塑料薄膜；鏟土工具、水準尺、直尺等。所有計量儀器均經過計量檢定，合格，均在檢定有效期內。

2.2 檢測步驟

將測點處的地面整平，并用水準尺檢查；應按規定確定試坑尺寸，按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線，在輪廓線內下挖至要求的深度。將坑內的試樣裝入盛土容器內，稱試樣質量m0，取有代表性的試樣測定含水率ω；試坑挖好后，放上相應尺寸的套環，并用水準尺找平，將大于試坑容積的塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼（見圖1）；記錄儲水筒內初始水位高度Ht1，擰開儲水筒內的注水開關，將水緩慢注人塑料薄膜中。當水面接近套環上邊緣時，將水流調小，直至水面與套環上邊緣齊平時關閉注水開關，不使套環內的水溢出；持續3～5 min，記錄儲水筒內水位高度Ht2，測量出儲水桶的截面積Aw和套環的體積Vth。

圖1 灌水法密度試驗

2.3 試驗數據分析

（1）試坑體積Vsk按公式Vsk＝（Ht1－Ht2）Aw－Vth計算。

（2）濕密度ρ按公式ρ=m0/Vsk計算，計算至0.01 g/cm3。

（3）干密度ρd按公式ρd=ρ/（1+0.01ω）計算，計算至0.01 g/cm3。

3 改進的灌水法

3.1 試驗的主要儀器

試驗所用的儀器設備應符合下列規定：直徑應均勻，并附有刻度的儲水筒；稱量20 kg，分度值5 g的臺秤；稱量50 kg，分度值10 g的臺秤；聚乙烯塑料薄膜；鏟土工具、水準尺、直尺等；改進的套環（見圖2）。所有計量儀器均經過計量檢定，合格，均在檢定有效期內。

圖2 改進的套環

對套環進行改進：將套環直徑加大，比試坑直徑大10～20 cm，增加1 個水位控制器，插在套環上部。套環應比試坑稍大，高度大于10 cm。套環內壁中部畫上細線作為刻度。套環外壁底部設置3個帶孔的支撐腳（地釘），試驗時插上地釘防止晃動。

3.2 檢測步驟

在測點處整平后裝上套環，插上地釘固定好后，將大于套環容積的塑料薄膜沿套環底部和內壁緊密相貼，插上水位控制器；記錄儲水筒內初始水位高度H1，將儲水桶內的水緩慢灌入套環的薄膜上，使薄膜貼合地面和內壁，直至水面與水位控制器接觸，不使套環內的水溢出，記錄儲水筒內水位高度H2；取走薄膜，薄膜內的水不能灑入試坑，按規定在套環內確定試坑尺寸，按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線在輪廓線內下挖至要求的深度。將坑內的試樣裝人盛土容器內，稱試樣質量m0，取有代表性的試樣測定含水率ω，避免砂土丟失。將大于試坑容積的塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼，在原來的位置插上水位控制器；記錄儲水筒內初始水位高度H3，擰開儲水筒內的注水開關，將水緩慢注人塑料薄膜中。直至水面與水位控制器接觸，記錄儲水筒內水位高度H4。測量出儲水桶的截面面積Aw。

3.3 試驗數據分析

（1）試坑體積Vsk按公式Vsk＝（H3－H4）Aw－（H1－H2）Aw計算。

（2）濕密度ρ按公式ρ=m0/Vsk計算，計算至0.01 g/cm3。

（3）干密度ρd按公式ρd=ρ/（1+0.01ω）計算，計算至0.01 g/cm3。

4 討論

灌水法檢測的過程中，主要通過質量、體積和含水率3 個值來計算，土樣質量和含水率比較容易控制，而試坑體積測量不容易把控，主要原因是現場條件復雜，土樣材料多樣，粒徑較大，試驗前的試坑整平難以規范，改進后的灌水法是通過兩次體積差求得試坑體積，即第一次灌水測量鐵環內原地面到水位控制線的體積和第二次灌水測量的試坑底部到原水位控制線的體積差值，把多種原因造成的體積誤差消除，得到比較接近的試坑真實體積。

4.1 改進后灌水法注意事項

（1）薄膜選用韌性好，抗刺破性能強，試驗時要貼緊坑壁、底和鐵環內壁。

（2）套環一定要固定好不得挪動，灌水時不得將儲水桶壓在套環上，避免套環挪動和薄膜損壞。

（3）不得漏水到試坑內，影響試坑內的土樣質量。（4）開挖試坑時，試坑內的土樣不得丟失。

（5）水位控制器兩次安裝必須在同一位置，保證兩次灌入水位高度相同。

4.2 改進后灌水法控制要點

（1）電子臺秤在戶外使用受到影響因素多，準確度容易受到影響。在稱量土樣時要控制好臺秤穩定在水平狀態，稱量的質量宜控制在臺秤量程的20%～80%之間，保證稱量的準確度。

（2）挖試坑時要注意試坑的完整性，盡量將試坑內凹凸不平的石頭剔除，保持平順完整，這樣薄膜更能充分緊貼坑壁的每個角落，使得灌入試坑的水體積更接近試坑的體積。

（3）試坑直徑不宜小于最大粒徑的3 倍，試坑尺寸要求見表1。

表1 試坑尺寸與相應的最大粒徑mm

5 結語

密度控制是土石方回填施工質量控制的主要手段。施工過程中，在現場進行土石方回填原位密度檢測，檢測過程中的誤差導致檢測結果偏差往往影響到施工質量控制，針對灌水法原位密度檢測誤差大的特性進行研究，找出對其準確性造成影響的因素以及產生誤差的環節，在此基礎上對灌水法進行改進，提高密度檢測結果準確性，為土石方回填施工質量控制提供依據。