灌砂法優化在公路路基壓實度檢測中的運用

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A文章編號：2096-6903（2025）08-0086-03

0 引言

在公路工程建設蓬勃發展的當下，路基作為道路結構的基石，其壓實質量舉足輕重。壓實度不合格極易引發路基沉陷、路面開裂等病害，大幅縮短道路使用壽命，危及交通安全。灌砂法憑借原理直觀、適用性強等特點，在路基壓實度檢測領域應用廣泛[]。隨著公路建設標準日益提高，傳統灌砂法在精度、效率等方面逐漸暴露出局限性，迫切需要對其進行優化創新，以滿足現代公路工程質量檢測需求[2]。基于此，本研究在分析傳統灌砂法局限性基礎上，進一步優化灌砂法的試驗設備與操作流程，以提高公路路基壓實度檢測的準確率。

1傳統灌砂法的原理與局限性

1.1 灌砂法原理

灌砂法的基本原理為利用均勻顆粒的砂，由一定高度自由下落到試洞內，根據其單位質量不變的原理，通過測量試洞的容積以及填滿試洞所需砂的質量，進而推算出試洞中挖出材料的濕密度，再結合該材料的含水量，最終計算出干密度，與標準干密度相比得到壓實度[3-4]

1.2傳統灌砂法局限性分析

傳統灌砂筒結構設計存在缺陷，如漏斗與筒身連接處易漏砂，影響灌砂量準確性。當漏斗與筒身連接處密封良好時，灌砂量的誤差可控制在 ±2% 以內。而當連接處出現漏砂情況時，灌砂量的誤差可擴大至±5%～±8% ，會直接導致試坑體積計算出現偏差，最終影響壓實度計算的準確性。基板密封性不佳，與路基表面貼合不緊密，會進一步導致砂流失或進入試坑不規范，使試坑體積測量產生誤差[5。

在挖試坑環節，人工操作難以保證試坑形狀規則、深度均勻，常出現坑壁坍塌、試坑偏大或偏小現象，進而影響壓實度計算精度。人工操作挖試坑時，若試坑出現上大下小或上小下大的情況，對壓實度計算精度影響明顯。當試坑形狀偏差達到 10% （即坑口直徑與坑底直徑差值與平均直徑的比值）時，壓實度計算結果會產生 ±8%～±12% 的誤差[]。

2灌砂法的優化策略

2.1 試驗設備優化

原傳統灌砂筒基板多采用橡膠墊密封，經現場測試發現，在實際試驗中，由于路基表面不平整以及反復使用后橡膠墊老化變形，平均每試驗10次，會出現3次因密封不嚴導致約 10g 標準砂泄漏的情況。因此，本研究采用新型硅膠與橡膠復合密封墊，內層為 2mm 厚的硅膠墊，外層包裹一層 1mm 厚的高強度耐磨橡膠，其邵氏硬度達到（ 60±5） HA，既能保證良好的柔韌性貼合路基，又具備較強的耐磨性，可以極大減少因砂泄漏引起的試坑體積測量誤差[7]。

2.2 操作流程細化

電動旋轉式挖鏟采用可變速直流電機作為動力源，其轉速可在 0～500r/min 范圍內調節，以適應不同路基土質的開挖需求。挖鏟主體材質采用經熱處理強化的40Cr 合金鋼，洛氏硬度達到HRC 45～50 ，以確保卓越的耐磨性與抗沖擊韌性。其鏟頭呈緊密螺旋式排列，螺距為 30mm ，單次旋轉進尺量穩定在 10～15mm 有效避免傳統人工挖掘時頻繁擾動坑壁致其坍塌的端。且挖鏟與電機之間通過剛性聯軸器連接，確保動力傳輸的高效穩定。同時在挖鏟的操作手柄上配備減振裝置，以減小操作人員長時間使用時受到的振動影響，提高操作的舒適性和精準性。

在開挖前利用激光水平儀精確定位試坑位置，保證測點分布均勻、代表性強。水平儀選定的高精度綠光激光水平儀，發射激光束波長精準鎖定為 532nm ，即便在戶外強光直射（光照強度達 100 000lux， ）情境下，可視距離仍超 30m ，以確保現場清晰觀測。儀器內置先進的電子自動安平系統，補償精度達 ±0.5^′ ，能在儀器傾斜 ±10^′ 內瞬間自動校平激光束，保障測量精準無誤。其測量精度實測可達 ±0.5mm/10m ，遠超常規路基檢測精度需求[8]。

3 優化后灌砂法的現場試驗

3.1 試驗方案設計

本研究選定一條在建的二級公路作為試驗路段，該路段全長 2000m ，設計路基寬度為 12m ，根據施工進度與結構特點，將其劃分為4個長度均為 500m 的試驗子路段，分別標記為A、B、C、D段。每個子路段涵蓋了不同的地形地貌條件，其中A段包含約 200m 的填方路段（平均填方高度 3m ）與 300m 的挖方路段；B段主要為軟土地基處理后的填方路段，填方高度在 2～4m ，約占 400m ，剩余 100m 為靠近山體的挖方路段；C段地勢相對平坦，全部為填方路段，填方高度平均約 2.5m;D 段有一處小型河流穿越，包含300m 的橋涵過渡段填方 （填方高度 1.5～3m ）以及200m 的普通填方路段。通過劃分不同試驗路段，旨在全面考察優化后灌砂法在不同路基工況下的適用性與可靠性[9]

3.2 穩定性對比

公路路基壓實度直接關系到道路的使用壽命與行車安全，灌砂法作為常用檢測手段，其優化后的灌砂法需要在不同工況路段進行驗證。本次研究選取具有代表性的A、B、C、D等4個路段，通過對比優化后灌砂法在各路段檢測結果的穩定性，評估其適用性與可靠性。在各路段沿線路方向，每隔 20m 設置一個檢測點，每個檢測點用優化后灌砂法進行3次壓實度檢測，取平均值作為該點最終壓實度數據，試驗數據如表1所示。

由表1可知，試驗路A段的壓實度平均值在92.8%～94.2% ，整體處于合理范圍，表明該路段路基施工基本達到要求，但填方與挖方路段的銜接處存在一定壓實不均勻情況，導致部分檢測點平均值波動。試驗路B段由于軟土地基的復雜性及改良土特性，壓實度平均值相對較低，壓實度在 90.8%～92.8% 波動，說明軟土地基處理后的填方壓實難度較大，后續施工需進一步優化工藝以提高壓實質量。試驗路C段憑借良好的地勢、優質填料與標準施工工藝，壓實度平均值高達 94.8%～95.6% ，反映出該路段路基壓實效果出色，是理想的施工狀態。試驗路D段的橋涵過渡段與普通填方路段壓實度平均值在 93.0%～94.2% ，滿足設計要求，且數據較為穩定，說明針對橋涵過渡段特殊要求的施工管控有效，但仍需關注長期沉降對壓實度的潛在影響。

從表1同時可觀察到，各路段大部分檢測點的標準差在 0.15～0.27 。其中，D段標準差相對較小，說明該路段檢測數據離散程度低，優化后灌砂法在此路段穩定性最佳，而A、B、C段標準差相近，表明在常規填方、軟基填方及優質填方路段，優化后灌砂法檢測結果離散性處于可控范圍。變異系數可直觀反映數據相對離散程度。各路段變異系數普遍在 0.16%～0.29% ，均處于較低水平，表明優化后灌砂法在不同路基工況下多次重復檢測時，結果具有較高的一致性，能夠穩定可靠地反映路基壓實度實際情況。

表1灌砂法優化前后壓實度的穩定性對比

3.3 檢測時間

為評估優化后灌砂法在公路路基壓實度檢測中的實際效率，針對不同路基工況的典型路段（A、B、C、D段）進行現場試驗，重點記錄并對比各路段每個檢測點完成全部檢測流程所需的時間，以此衡量該方法在多樣化施工場景下的時效性。在各路段沿線路方向，以每 20m 為間距設置檢測點。每個檢測點采用優化后灌砂法進行壓實度檢測時，詳細記錄從準備工具、開挖試洞、灌砂操作、收集試樣、測定含水量直至完成數據記錄與初步計算的全過程時間，精確到分鐘，試驗數據如表2所示。

表2灌砂法優化前后的檢測時間對比

由表2可知，試驗路A段的檢測時間平均值約為 33min 。該路段由于填方和挖方混合，土質條件有一定變化，操作過程中需根據不同部位調整試洞開挖力度等，導致整體檢測時間處于中等水平。試驗路B段的檢測時間平均值約為 40min 軟土地基處理后的填方路段，因軟基特性使得試洞開挖難度增大，且改良土的含水量測定相對復雜，加上靠近山體挖方路段巖石特性帶來的額外操作，使得該段檢測耗時較長。試驗路C段的檢測時間平均值約為 27min 。該路段地勢平坦、填料優質且施工規范，使得檢測過程最為順暢，試洞開挖容易、灌砂及數據處理環節效率高，是所有路段中檢測用時最短的。試驗路D段的檢測時間平均值約為37min 。橋涵過渡段壓實要求高，操作需更加精細，如對試洞尺寸精度把控更嚴、對水泥穩定砂礫的含水量測定需多步驟校準，雖普通填方路段正常，但整體拉高了平均檢測時間。

從各路段平均值對比來看，C段檢測效率最高，比A段快約6min，比B段快約 13min ，比D段快約10min ，充分體現良好的施工條件與填料特性對檢測時間的積極影響。而B段與其他路段相比耗時顯著增加，突出軟土地基處理路段及復雜挖方路段給檢測帶來的難度，后續若要提高檢測效率，需針對這些難點研發更高效的檢測輔助工具或優化操作細則。而A段和D段處于中間水平，A段的混合工況、D段的橋涵過渡段特殊要求均在一定程度上延長了檢測時間，但相較于B段，通過優化灌砂法在常規操作環節的改進，仍能將檢測時間控制在可接受范圍。

4結束語

優化后灌砂法在A、B、C、D等4種不同路基工況下均能有效實施，獲取具有一定穩定性的壓實度檢測數據，證明其具有廣泛的適用性，可為公路路基質量檢測提供有力支持。且優化后灌砂法檢測穩定性高，重復性好，有效降低檢測誤差，在公路路基壓實度檢測領域具有推廣應用潛力，有望成為行業內可靠的檢測手段。

優化后灌砂法在不同路基工況下的檢測時間存在明顯差異，主要受路段的地質條件、填方高度、填料類型以及壓實要求等因素影響。而在地勢平坦、填料優質的C段檢測效率最高，說明優化后灌砂法在理想施工條件下能充分發揮其快捷性；而B段由于軟土地基等復雜情況檢測耗時較長，是后續改進的重點關注路段。

參考文獻

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