徐寶貴

（福建省交設(shè)工程試驗(yàn)檢測有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

路基是公路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，路基壓實(shí)度檢測是公路新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目中必不可少的環(huán)節(jié)。要保證路基質(zhì)量符合工程要求，挖坑灌砂法是一種有效可靠的壓實(shí)度檢測方法，目前在公路工程建設(shè)中應(yīng)用非常廣泛，能夠?yàn)楹罄m(xù)工程的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 公路路基壓實(shí)度檢測中灌砂法應(yīng)用的重要性和范圍

2.1 灌砂法應(yīng)用的重要性

碾壓過程是路基路面施工的重要環(huán)節(jié)，壓實(shí)質(zhì)量與路基路面的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和平整度密切相關(guān)。壓實(shí)度是路基路面施工質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵項(xiàng)目，《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》對各等級公路土方路基壓實(shí)度要求作出規(guī)定，具體規(guī)定見表1。對于土路基，壓實(shí)度是筑路材料壓實(shí)后的干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度之比，以百分率表示。標(biāo)準(zhǔn)最大干密度在路基施工前先通過室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)得到，路基現(xiàn)場壓實(shí)后的干密度通常采用灌砂法或環(huán)刀法進(jìn)行檢測。灌砂法是施工現(xiàn)場最常用的方法之一，是標(biāo)準(zhǔn)方法，它的優(yōu)點(diǎn)較多，所需要的儀器輕便、易于攜帶、現(xiàn)場操作方法簡單，是一種既經(jīng)濟(jì)又方便的試驗(yàn)方法。由于環(huán)刀法中采用的環(huán)刀容積通常為200cm3，環(huán)刀高度約5cm，所以，環(huán)刀法只適用于測定細(xì)粒土的壓實(shí)度。

表1 各等級公路的土方路基壓實(shí)度要求規(guī)定值

2.2 灌砂法的應(yīng)用范圍

灌砂法適用于現(xiàn)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(shí)度檢測，但灌砂法對路基填料壓實(shí)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(shí)度檢測。因此，在路基施工中，需要根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)，合理應(yīng)用技術(shù)手段，將路基填料最大粒徑控制在不超過壓實(shí)層厚2/3的范圍內(nèi)，為灌砂法的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 灌砂法的試驗(yàn)流程及計(jì)算過程

3.1 灌砂法的試驗(yàn)流程

在應(yīng)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(yīng)要求?，F(xiàn)以直徑為150mm的灌砂筒為例，具體試驗(yàn)流程如下:

（1）在具體公路工程項(xiàng)目中，先確定要進(jìn)行壓實(shí)度檢測的段落長度及車道數(shù)等，再確定檢測點(diǎn)數(shù)及檢測點(diǎn)位置，并標(biāo)注所使用量砂的松方密度。

（2）在選定的測試點(diǎn)，要保證測試區(qū)域平坦，且該區(qū)域面積要大于基板面積，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域的表面粗糙度，確定是否需要設(shè)置基板。如果表面光滑平整，可不設(shè)置基板；如果表面粗糙度較大，應(yīng)先設(shè)置基板，在基板位置做好標(biāo)識(shí)，測試出粗糙表面和基板間量砂及灌砂筒下部圓錐體內(nèi)量砂的合計(jì)質(zhì)量。

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

（4）將灌砂筒對準(zhǔn)基板中間，放置在試坑，打開閥門讓砂流入試坑中，當(dāng)量砂停止流動(dòng)后，關(guān)閉閥門并取出，隨后對灌砂筒中剩余的砂進(jìn)行稱重。

回收未被污染的量砂，并清理現(xiàn)場。灌砂法試驗(yàn)主要的儀器工具有灌砂筒、標(biāo)準(zhǔn)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(shí)度檢測中灌砂法的計(jì)算過程

（1）計(jì)算填滿試坑所用的砂的質(zhì)量mb（g）：

灌砂時(shí)試坑上放有基板：mb=m1-m4-（m5-m6）

灌砂時(shí)試坑上不放基板：mb=m1-m4-m2

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

（2）計(jì)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(zhì)量（g）；ρs表示量砂的松方密度（g/cm3）。

（3）計(jì)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(jì)算施工壓實(shí)度：K=ρd/ρc×100%

式中：K表示測試地點(diǎn)的施工壓實(shí)度（%）；ρc表示由擊實(shí)試驗(yàn)得到的試樣的最大干密度（g/cm3），各種材料的干密度均應(yīng)準(zhǔn)確至0.01g/cm3。

4 公路路基壓實(shí)度檢測中灌砂法的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 量砂的選擇

在利用灌砂法對公路路基壓實(shí)度進(jìn)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(biāo)定量砂的松方密度，降低其發(fā)生變化的可能性，為后續(xù)檢測工作的順利進(jìn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在檢測時(shí)，使用同一粒徑的量砂，也會(huì)大大提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)在選取一個(gè)直徑為150mm的灌砂筒做量砂密度標(biāo)定試驗(yàn)，使用不同粒徑范圍的量砂，每種粒徑做三次試驗(yàn)，取得標(biāo)定罐中的砂重，具體情況見表2。

表2 不同粒徑的量砂在標(biāo)定時(shí)標(biāo)定罐中砂重情況

對表2進(jìn)行分析可以看出，在標(biāo)定罐中，量砂的粒徑為0.3～0.6mm時(shí)的極差最小，表明該組數(shù)據(jù)的離散度最小，使用該粒徑范圍量砂做灌砂法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性較高。

4.2 量砂的松方密度標(biāo)定

4.2.1 儲(chǔ)砂筒中砂面高度對量砂密度的影響

量砂密度會(huì)隨著儲(chǔ)砂筒中砂面高度的下降而降低，根據(jù)有關(guān)測試顯示，砂面高度和量砂密度呈正比例關(guān)系，其高度每下降5cm，砂密度會(huì)下降1%左右。因此，在試驗(yàn)過程中為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)人員要控制好砂面高度，每次試驗(yàn)都保持同一砂面高度，確保各項(xiàng)工作嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。

4.2.2 注意量砂自身的穩(wěn)定性

在利用灌砂法對公路路基壓實(shí)度進(jìn)行檢測之前，先要保證量砂質(zhì)量符合試驗(yàn)要求，試驗(yàn)人員應(yīng)對量砂進(jìn)行烘干，然后篩分，取出0.3～0.6mm粒徑范圍內(nèi)的量砂備用，每換一批次量砂，都需要重新標(biāo)定量砂的松方密度和圓錐體內(nèi)砂的質(zhì)量。還要保證量砂數(shù)量充足，避免出現(xiàn)現(xiàn)場檢測時(shí)量砂不夠、無法滿足檢測頻率要求的現(xiàn)象。

4.3 合理選擇灌砂筒

作為灌砂法檢測中重要的試驗(yàn)儀器，灌砂筒大小是否合理將直接影響灌砂法的應(yīng)用效果，灌砂筒的選擇要嚴(yán)格按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》中的有關(guān)要求進(jìn)行。

（1）填料最大粒徑＜13.2mm，測定層厚度不超過150mm時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(jù)填料最大粒徑和測試層厚度進(jìn)行選擇，以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.4 檢測現(xiàn)場土樣含水率

含水率是影響路基壓實(shí)度檢測結(jié)果的重要因素，現(xiàn)場土樣含水率越高，路基越不容易壓實(shí)，壓實(shí)度就越小，因此，想要保證含水率檢測的準(zhǔn)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(yàn)，由于酒精是危險(xiǎn)易燃化學(xué)品，所以，此方法在試驗(yàn)過程中應(yīng)注意安全，采取必要的防護(hù)措施，并且確保前一次燃燒完全結(jié)束后，方可加入酒精試驗(yàn)。

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

可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇適用的試驗(yàn)方法。

4.5 加強(qiáng)對灌砂時(shí)間的控制

灌砂時(shí)間同樣也是灌砂法應(yīng)用過程中需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，要嚴(yán)格按照規(guī)程要求進(jìn)行操作。量砂在灌入過程中，觀察儲(chǔ)砂筒上方量砂停止流動(dòng)后，操作人員很難直接了解砂的輕微流動(dòng)狀況，也無法直接觀察試坑內(nèi)部，因此，控制灌砂時(shí)間的重要性就凸顯出來。如果灌砂時(shí)間不足，提前結(jié)束，會(huì)讓流入試坑中的量砂數(shù)量變少，影響路基壓實(shí)度檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.6 檢測過程的注意事項(xiàng)

（1）公路路基壓實(shí)度檢測工作要嚴(yán)格按照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，根據(jù)檢測段落長度，合理設(shè)置檢測點(diǎn)的數(shù)量，并隨機(jī)選取檢測點(diǎn)樁號及位置。

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

（3）灌砂筒的閥門打開時(shí)，應(yīng)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(chǎn)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(jié)果。

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

（5）為了避免出現(xiàn)灌砂時(shí)間不足的問題，在觀察到砂停止流動(dòng)時(shí)，不要立刻停止灌砂，而是要再等10s左右，再進(jìn)行后續(xù)操作，如此可提高砂量計(jì)算和壓實(shí)度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（6）當(dāng)試坑中挖出的土樣有石塊時(shí)，應(yīng)在灌砂前，將石塊放入試坑內(nèi)，否則會(huì)使檢測結(jié)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(diǎn)（即使是1mm），整個(gè)表面就會(huì)高出一薄層，其體積會(huì)算到試坑中，影響試驗(yàn)結(jié)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(gè)步驟。

（8）在灌砂過程中，應(yīng)停止周邊施工設(shè)備工作，尤其是壓路機(jī)等大型機(jī)器設(shè)備，避免因施工設(shè)備工作產(chǎn)生的震動(dòng)，造成流入試坑的量砂變多，從而影響檢測結(jié)果。

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

（10）灌砂結(jié)束后，回收坑內(nèi)量砂時(shí)，應(yīng)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(dāng)其達(dá)到與空氣的濕度平衡后方可繼續(xù)使用，否則會(huì)影響量砂的松方密度。

5 結(jié)語

綜上所述，為了保證路基壓實(shí)度檢測效果，應(yīng)用灌砂法過程中，試驗(yàn)人員要掌握試驗(yàn)原理及基本操作技巧，嚴(yán)格按照相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，并關(guān)注檢測重點(diǎn)及注意事項(xiàng)，提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，為整個(gè)工程項(xiàng)目質(zhì)量保駕護(hù)航。