公路路基壓實度檢測方法中灌砂法的運用研究

徐寶貴

（福建省交設工程試驗檢測有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

路基是公路結構的重要組成部分，路基壓實度檢測是公路新建、改擴建項目中必不可少的環節。要保證路基質量符合工程要求，挖坑灌砂法是一種有效可靠的壓實度檢測方法，目前在公路工程建設中應用非常廣泛，能夠為后續工程的順利開展奠定堅實基礎。

2 公路路基壓實度檢測中灌砂法應用的重要性和范圍

2.1 灌砂法應用的重要性

碾壓過程是路基路面施工的重要環節，壓實質量與路基路面的強度、剛度、穩定性和平整度密切相關。壓實度是路基路面施工質量檢驗的關鍵項目，《公路工程質量檢驗評定標準》對各等級公路土方路基壓實度要求作出規定，具體規定見表1。對于土路基，壓實度是筑路材料壓實后的干密度與標準最大干密度之比，以百分率表示。標準最大干密度在路基施工前先通過室內重型擊實試驗得到，路基現場壓實后的干密度通常采用灌砂法或環刀法進行檢測。灌砂法是施工現場最常用的方法之一，是標準方法，它的優點較多，所需要的儀器輕便、易于攜帶、現場操作方法簡單，是一種既經濟又方便的試驗方法。由于環刀法中采用的環刀容積通常為200cm3，環刀高度約5cm，所以，環刀法只適用于測定細粒土的壓實度。

表1 各等級公路的土方路基壓實度要求規定值

2.2 灌砂法的應用范圍

灌砂法適用于現場測定基層、底基層、砂石路面、路基土等各種材料的密度和壓實度檢測，但灌砂法對路基填料壓實后孔隙大小有著較高要求，不適用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的壓實度檢測。因此，在路基施工中，需要根據工程的實際特點，合理應用技術手段，將路基填料最大粒徑控制在不超過壓實層厚2/3的范圍內，為灌砂法的應用奠定堅實基礎。

3 灌砂法的試驗流程及計算過程

3.1 灌砂法的試驗流程

在應用灌砂法之前，先要確保填料最大粒徑、檢測層厚度等滿足相應要求。現以直徑為150mm的灌砂筒為例，具體試驗流程如下:

（1）在具體公路工程項目中，先確定要進行壓實度檢測的段落長度及車道數等，再確定檢測點數及檢測點位置，并標注所使用量砂的松方密度。

（2）在選定的測試點，要保證測試區域平坦，且該區域面積要大于基板面積，根據試驗區域的表面粗糙度，確定是否需要設置基板。如果表面光滑平整，可不設置基板；如果表面粗糙度較大，應先設置基板，在基板位置做好標識，測試出粗糙表面和基板間量砂及灌砂筒下部圓錐體內量砂的合計質量。

（3）在基板孔洞的位置開挖一個直徑為150mm左右的試坑，將開挖的土樣品收集起來進行稱重并檢測含水率。

（4）將灌砂筒對準基板中間，放置在試坑，打開閥門讓砂流入試坑中，當量砂停止流動后，關閉閥門并取出，隨后對灌砂筒中剩余的砂進行稱重。

回收未被污染的量砂，并清理現場。灌砂法試驗主要的儀器工具有灌砂筒、標準砂、基板、電子天平等，如圖1所示。

圖1 灌砂法主要儀器工具

3.2 公路路基壓實度檢測中灌砂法的計算過程

（1）計算填滿試坑所用的砂的質量mb（g）：

灌砂時試坑上放有基板：mb=m1-m4-（m5-m6）

灌砂時試坑上不放基板：mb=m1-m4-m2

式中：mb表示填滿試坑的砂的質量（g）；m1表示灌砂前灌砂筒內砂的質量（g）；m2表示灌砂筒下部圓錐體內砂的質量（g）；m4表示灌砂后灌砂筒內剩余砂的質量（g）；（m5-m6）表示灌砂筒下部圓錐體內基板和粗糙表面間砂的合計質量（g）。

（2）計算試坑材料的濕密度ρw（g/cm3）：ρw=mw/mb×ρs

式中：mw表示試坑中取出的全部材料的質量（g）；ρs表示量砂的松方密度（g/cm3）。

（3）計算試坑材料的干密度ρd（g/cm3）：ρd=ρw/(1+0.01w)

式中：w表示試坑材料的含水率（%）。

（4）計算施工壓實度：K=ρd/ρc×100%

式中：K表示測試地點的施工壓實度（%）；ρc表示由擊實試驗得到的試樣的最大干密度（g/cm3），各種材料的干密度均應準確至0.01g/cm3。

4 公路路基壓實度檢測中灌砂法的應用要點

4.1 量砂的選擇

在利用灌砂法對公路路基壓實度進行檢測的過程中，要使用同一粒徑的量砂，保證量砂的均勻性，目的是標定量砂的松方密度，降低其發生變化的可能性，為后續檢測工作的順利進行奠定堅實基礎。在檢測時，使用同一粒徑的量砂，也會大大提升檢測結果的準確性。現在選取一個直徑為150mm的灌砂筒做量砂密度標定試驗，使用不同粒徑范圍的量砂，每種粒徑做三次試驗，取得標定罐中的砂重，具體情況見表2。

表2 不同粒徑的量砂在標定時標定罐中砂重情況

對表2進行分析可以看出，在標定罐中，量砂的粒徑為0.3～0.6mm時的極差最小，表明該組數據的離散度最小，使用該粒徑范圍量砂做灌砂法檢測結果的準確性較高。

4.2 量砂的松方密度標定

4.2.1 儲砂筒中砂面高度對量砂密度的影響

量砂密度會隨著儲砂筒中砂面高度的下降而降低，根據有關測試顯示，砂面高度和量砂密度呈正比例關系，其高度每下降5cm，砂密度會下降1%左右。因此，在試驗過程中為了保證試驗的準確性，試驗人員要控制好砂面高度，每次試驗都保持同一砂面高度，確保各項工作嚴格按照要求進行。

4.2.2 注意量砂自身的穩定性

在利用灌砂法對公路路基壓實度進行檢測之前，先要保證量砂質量符合試驗要求，試驗人員應對量砂進行烘干，然后篩分，取出0.3～0.6mm粒徑范圍內的量砂備用，每換一批次量砂，都需要重新標定量砂的松方密度和圓錐體內砂的質量。還要保證量砂數量充足，避免出現現場檢測時量砂不夠、無法滿足檢測頻率要求的現象。

4.3 合理選擇灌砂筒

作為灌砂法檢測中重要的試驗儀器，灌砂筒大小是否合理將直接影響灌砂法的應用效果，灌砂筒的選擇要嚴格按照《公路路基路面現場測試規程》中的有關要求進行。

（1）填料最大粒徑＜13.2mm，測定層厚度不超過150mm時，宜采用直徑100mm的小型灌砂筒測試。

（2）13.2mm≤填料最大粒徑＜31.5mm，測定層厚度不超過200mm時，宜采用直徑150mm的灌砂筒測試。

（3）31.5mm≤填料最大粒徑＜63mm，測定層厚度不超過300mm時，宜采用直徑200mm的灌砂筒測試。

（4）63mm≤填料最大粒徑≤100mm，測定層厚度不超過400mm時，宜采用直徑250mm及以上的灌砂筒測試。

總之，灌砂筒一定要根據填料最大粒徑和測試層厚度進行選擇，以保證檢測結果的準確性。

4.4 檢測現場土樣含水率

含水率是影響路基壓實度檢測結果的重要因素，現場土樣含水率越高，路基越不容易壓實，壓實度就越小，因此，想要保證含水率檢測的準確性，需要注意以下方面。

（1）為了方便且盡快得出含水率，通常采用酒精燃燒法平行試驗，由于酒精是危險易燃化學品，所以，此方法在試驗過程中應注意安全，采取必要的防護措施，并且確保前一次燃燒完全結束后，方可加入酒精試驗。

（2）采用室內烘箱烘干法。此方法準確性、安全性高，但試驗周期較長，對工期造成一定影響。

可根據現場實際情況選擇適用的試驗方法。

4.5 加強對灌砂時間的控制

灌砂時間同樣也是灌砂法應用過程中需要關注的重點內容，要嚴格按照規程要求進行操作。量砂在灌入過程中，觀察儲砂筒上方量砂停止流動后，操作人員很難直接了解砂的輕微流動狀況，也無法直接觀察試坑內部，因此，控制灌砂時間的重要性就凸顯出來。如果灌砂時間不足，提前結束，會讓流入試坑中的量砂數量變少，影響路基壓實度檢測結果的準確性。

4.6 檢測過程的注意事項

（1）公路路基壓實度檢測工作要嚴格按照《公路工程質量檢驗評定標準》進行，根據檢測段落長度，合理設置檢測點的數量，并隨機選取檢測點樁號及位置。

（2）灌砂筒內砂面高度應距筒頂15mm左右，并且灌砂筒與筒內砂總重量始終保持一個重量。

（3）灌砂筒的閥門打開時，應在灌砂筒頂稍加用力往下按住灌砂筒，使其固定，以免筒身受到橫向力產生位移，造成筒身與試坑的中心線不在一條線上，影響檢測結果。

（4）每個試坑的形狀都應該為圓柱體，周壁呈豎直狀態，避免出現上小下大、上大下小的情況，這樣會使檢測結果偏小或偏大。

（5）為了避免出現灌砂時間不足的問題，在觀察到砂停止流動時，不要立刻停止灌砂，而是要再等10s左右，再進行后續操作，如此可提高砂量計算和壓實度數據的準確性。

（6）當試坑中挖出的土樣有石塊時，應在灌砂前，將石塊放入試坑內，否則會使檢測結果偏大。

（7）地表面處理要平整，灌砂筒、基板、試坑三者的中心線要保持在同一條線上，只要表面凸出一點（即使是1mm），整個表面就會高出一薄層，其體積會算到試坑中，影響試驗結果。所以，一般都要先放上基板測出粗糙表面對量砂的消耗量，只有在表面非常平整的情況下才能省去這個步驟。

（8）在灌砂過程中，應停止周邊施工設備工作，尤其是壓路機等大型機器設備，避免因施工設備工作產生的震動，造成流入試坑的量砂變多，從而影響檢測結果。

（9）為了避免土樣水分蒸發速度過快影響含水率檢測結果，在開挖試坑過程中，應及時邊開挖邊收集土樣裝入塑料袋，并擰緊袋口，防止水分蒸發。

（10）灌砂結束后，回收坑內量砂時，應避免回收受到污染的量砂，回收的量砂一定要注意烘干并過篩，放置一天以上，當其達到與空氣的濕度平衡后方可繼續使用，否則會影響量砂的松方密度。

5 結語

綜上所述，為了保證路基壓實度檢測效果，應用灌砂法過程中，試驗人員要掌握試驗原理及基本操作技巧，嚴格按照相關的試驗規程進行作業，并關注檢測重點及注意事項，提升檢測結果的準確性，為整個工程項目質量保駕護航。