灌水法大單容密度試驗在填筑土勘察中的應用

許漢華，余紹維，劉文連，龔憲偉，槐以高，秦勇光，彭勇勝

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明650051）

在對巖土勘察中填筑土的大單容密度進行現場試驗時，灌水法是最常用的一種手段，灌水法適用于粗粒土，在工程建設如尾礦壩、提防填筑、機場建設時，填筑土料經常用到碎塊石、砂礫石等，由于填筑土料粒徑一般較大、不均勻、孔隙率較大等原因，不適用環刀法、灌砂法、核子射線法進行原位現場大單容密度試驗，而采用灌水法操作方便[1]，該方法具有原理簡單、簡便易用和結果準確等優勢，但在試驗過程中會受到各種因素的影響及現場條件的限制，對試驗結果的精度影響較大，其中大部分因素會使試坑體積實測結果變小，從而導致干密度實測結果偏大，給工程的后續建設埋下質量安全隱患[2]，其影響因素包括：儀器和輔助材料（剛套環位置的固定、參考水平面的測量、水位測針、臺秤、塑料薄膜、試驗用水）、測點選擇與試坑開挖（測點選擇、試坑尺寸、坑壁形狀、開挖過程）、水位測量、試樣及試驗用水的稱量[3]、試坑填筑土料的代表性、試樣含水率測定等，在灌水法大單容密度試驗過程中，以上因素均會影響試驗成果的準確度，甚至得出不合理的結果產生錯誤判斷，因此亟需結合工程經驗分析影響因素并提出減少影響因素的相關建議措施來提高灌水法大單容密度試驗的精準度。

1 工程概況

孟定鎮金都商貿城項目需對擬建工程填筑土進行了灌水法大單容試驗，目的是測定填筑土層的粗粒土密度，并評價試驗區域的填筑土密實程度。本次大單容試驗共設計6個點，每個試驗位置分不同深度做兩組，試驗數量共計12組。孟定鎮金都商貿城擬建場地采用石渣（碎石類土）填筑厚度4.20～6.50m，結構中密～密實，填筑年限不少于3年。

2 灌水法密度試驗的基本步驟

灌水法大單容密度試驗依照 《土工試驗方法標準》（GBT50123-2019）[4]相關要求進行。試驗所用儀器設備為直徑均勻并附有刻度及出水管的儲水筒；稱量50kg，最小分度值為10g的臺秤。

2.1 灌水法密度試驗步驟

（1）根據試樣最大粒徑確定試坑尺寸如下：試坑底面積 1.00～1.20m2深度 0.50～0.80m。

（2）將選定試驗處的試坑地面整平，除去表面松散的土層。

（3）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深度，邊挖邊將坑內的試樣裝入盛土容器內，稱試樣質量mp和干質量md，準確到10g，并應測定試樣的含水率。

（4）試坑挖好后，放上相應尺寸的套環，用水準尺找平，將大于試坑容積的塑料薄膜袋平鋪于坑內，翻過套環壓住薄膜四周。

（5）記錄儲水簡內初始水位高度，擰開儲水筒出水管開關，將水緩慢注入塑料薄膜袋中。當袋內水面接近套環邊緣時，將水流調小，直至袋內水面與套環邊緣齊平時關閉出水管，持續記錄儲水筒內水位高度。當袋內出現水面下降時應另取塑料薄膜袋重做試驗。

2.2 計算

試坑體積計算公式[4]為：

Vp=(H1-H2)×Aw-Vo

式中：Vp——試坑體積（cm3）；

H1——儲水筒內初始水位高度（cm）；

H2——儲水筒內注水終了時水位高度（cm）；

Aw——儲水筒斷面積（cm2）；

Vo——套環體積（cm3）。

試驗的濕密度ρo計算公式為：

ρo=mp/Vp

式中：mp——取自試坑內的試樣質量（g）。

干密度ρd計算公式為：

ρd=md/Vp

式中，md——取自試坑內的試樣干質量（g）。

試樣含水率的計算公式為：

W=((mp/md)-1)×100

試樣顆粒的材料密度ρz的計算公式為：

ρz=mz/Vz

式中，mz——試樣顆粒干質量（g）；

Vz——試樣顆粒的體積（cm3）。

填筑土孔隙率n的計算公式為：

n=（1-ρd/ρz）×100

3 現場試驗過程

現場試驗過程如圖1～6所示。

圖1 試坑初挖致試驗頂深度

圖2 試坑頂面找平

圖3 取樣后的試坑

圖4 試樣稱重

圖5 試坑灌水量測體積

圖6 涼曬試樣以測干密度

4 填筑土密實程度評價

根據表1數據分析，填筑土顆粒分析結果，本項目填筑土的填料以角礫為主，局部夾礫砂。

表1 填筑土顆粒分析結果表

本次采用 《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）[5]相關要求對本項目碎石類填筑土的密實程度進行評價。根據 《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）[5]第4.2.6條堆石（碎石類土）填筑采用孔隙率為設計控制指標的要求，孔隙率控制在20%～28%之間，堆石（碎石類土）填筑質量達到密實狀態。根據表2和表3試驗成果表明，12組試驗中，有9組試樣的孔隙率在14.90%～27.45%之間，填筑質量達到密實狀態。有3組試樣的孔隙率在34.53%～38.94%之間，填筑質量達到中密狀態。表明本項目填筑土的密實程度以密實為主，局部中密，滿足作為壓實填土地基的要求。

表2 大單容密度試驗基本數據

表3 大單容試驗成果匯總表

根據試驗成果分析，本項目填筑土的綜合濕密度可取2.35g/cm3，綜合干密度可取 2.22g/cm3，綜合含水率可取6.45%。