壓實(shí)度檢測(cè)的核心方法：灌砂法試驗(yàn)詳解

引言
在土木工程，特別是道路路基、堤壩、機(jī)場(chǎng)道基等填方工程的施工質(zhì)量控制中，壓實(shí)度是衡量填筑體密實(shí)程度、確保其承載力和穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)。灌砂法作為一種經(jīng)典、直觀且相對(duì)準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)密度測(cè)試方法，因其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作便捷、適用范圍廣（尤其適用于粗粒土和巨粒土），被廣泛應(yīng)用于各類工程實(shí)踐中。本試驗(yàn)旨在通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)土體的濕密度，進(jìn)而結(jié)合室內(nèi)測(cè)得的最大干密度計(jì)算壓實(shí)度。

一、 試驗(yàn)?zāi)康呐c原理

1. 核心目的：

   • 測(cè)定路基、基層、底基層等壓實(shí)填筑層或天然地基的現(xiàn)場(chǎng)濕密度。
   • 結(jié)合該土樣的最大干密度（通常通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)獲得），計(jì)算其壓實(shí)度（現(xiàn)場(chǎng)干密度 / 最大干密度 × 100%），以評(píng)價(jià)壓實(shí)質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2. 基本原理：

   • 利用已知密度的均勻顆粒標(biāo)準(zhǔn)砂，通過(guò)特制的灌砂筒，灌入在測(cè)試點(diǎn)挖掘的、具有一定形狀（通常為圓柱形）的試坑中。
   • 根據(jù)灌滿試坑所消耗的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量（體積）以及標(biāo)準(zhǔn)砂自身的密度，計(jì)算出試坑的體積。
   • 稱量從試坑中取出的全部濕土質(zhì)量。
   • 由濕土質(zhì)量和試坑體積計(jì)算出土體的濕密度。
   • 在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定該濕土樣的含水率。
   • 利用濕密度和含水率計(jì)算干密度。
   • 最終計(jì)算壓實(shí)度。

二、 試驗(yàn)設(shè)備與材料

1. 灌砂筒：
   • 由金屬圓筒（內(nèi)徑通常為100mm或150mm）、基板、閥門(mén)（或漏斗）組成。筒內(nèi)下部為倒置圓錐體空間。
2. 標(biāo)準(zhǔn)砂：
   • 粒徑均勻（通常為0.30-0.60mm或0.25-0.50mm）、清潔干燥、密度穩(wěn)定（需預(yù)先標(biāo)定）的砂。
3. 基板：
   • 中心有圓孔（孔徑與灌砂筒內(nèi)徑匹配）的金屬板，用于放置灌砂筒并定位試坑位置。
4. 量砂標(biāo)定設(shè)備：
   • 用于標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)砂密度和灌砂筒下部圓錐體內(nèi)砂質(zhì)量的專用金屬罐（標(biāo)定罐）。
5. 稱量設(shè)備：
   • 電子天平或臺(tái)秤：量程和精度需滿足要求（通常稱量10kg以上，感量1g或5g；稱量砂時(shí)感量1g）。
6. 取土設(shè)備：
   • 鑿子、鐵錘、長(zhǎng)柄勺、毛刷、塑料布（或搪瓷盤(pán)）等，用于挖掘試坑和收集土樣。
7. 含水率測(cè)定設(shè)備：
   • 鋁盒、烘箱、干燥器、電子天平（感量0.01g）。
8. 其他：
   • 直尺、水平尺、盛砂容器（如儲(chǔ)砂筒）、玻璃板、鋼卷尺等。

三、 試驗(yàn)前準(zhǔn)備（標(biāo)定）

灌砂法試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性高度依賴于標(biāo)準(zhǔn)砂密度和灌砂筒下部圓錐體砂質(zhì)量的精確標(biāo)定。每次試驗(yàn)前或更換標(biāo)準(zhǔn)砂、設(shè)備后必須重新標(biāo)定。

1. 標(biāo)定筒下部圓錐體內(nèi)砂質(zhì)量 (m?)：

   • 在平整地面上放置基板，將灌砂筒筒口向下對(duì)準(zhǔn)基板圓孔，打開(kāi)閥門(mén)，讓砂自由流出，直至砂不再流動(dòng)時(shí)關(guān)閉閥門(mén)。
   • 小心取走灌砂筒，收集并稱量筒外基板上堆積的砂質(zhì)量 (m?)。此質(zhì)量即為填滿圓錐體所需砂的質(zhì)量。重復(fù)3次，取平均值，精確至1g。

2. 標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)砂密度 (ρs)：

   • 將灌砂筒置于標(biāo)定罐（已知體積Vc）上，打開(kāi)閥門(mén)，讓砂流入標(biāo)定罐內(nèi)。當(dāng)砂停止流動(dòng)后關(guān)閉閥門(mén)。
   • 取走灌砂筒，稱量筒內(nèi)剩余砂質(zhì)量 (m?)。
   • 計(jì)算填滿標(biāo)定罐的砂質(zhì)量：m? = m? - m? - m? (m?為灌砂筒裝滿砂的總初始質(zhì)量)。
   • 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)砂密度：ρs = m? / Vc (g/cm³)。重復(fù)3次，取平均值，精確至0.01 g/cm³。

四、 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)步驟

1. 選擇測(cè)點(diǎn)與整平：
   • 在壓實(shí)層上選擇具有代表性的測(cè)點(diǎn)。用鏟刀或刮刀將測(cè)點(diǎn)表面約400cm²范圍仔細(xì)刮平。
2. 放置基板：
   • 將基板平穩(wěn)放置在刮平的測(cè)點(diǎn)上，確保圓孔中心對(duì)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，并用重物壓住基板防止移動(dòng)。
3. 挖掘試坑：
   • 通過(guò)基板圓孔，用鑿子、長(zhǎng)柄勺等工具垂直向下挖掘試坑。試坑直徑應(yīng)與灌砂筒內(nèi)徑一致（通常100mm或150mm），深度應(yīng)達(dá)到測(cè)試層厚（通常等于碾壓層厚，如150mm）。關(guān)鍵點(diǎn)：
     • 挖掘過(guò)程要小心，避免擾動(dòng)試坑壁和坑外土體。
     • 將挖出的全部土樣仔細(xì)收集，防止水分蒸發(fā)和散失，放入密封容器（如塑料袋）或帶蓋容器中，準(zhǔn)確稱取其總濕土質(zhì)量 (m?)，精確至1g。
     • 及時(shí)取部分濕土樣（約100-500g）放入鋁盒，密封，用于測(cè)定含水率。
4. 測(cè)量試坑深度：
   • 用直尺或深度尺在基板平面上測(cè)量試坑深度（至少測(cè)量3個(gè)不同位置，取平均值），精確至1mm。
5. 灌砂測(cè)定試坑體積：
   • 將灌砂筒筒口對(duì)準(zhǔn)基板圓孔。打開(kāi)閥門(mén)，讓標(biāo)準(zhǔn)砂自由流入試坑。關(guān)鍵點(diǎn)：
     • 在整個(gè)灌砂過(guò)程中，灌砂筒位置應(yīng)固定，不得移動(dòng)或震動(dòng)。
     • 當(dāng)砂停止流動(dòng)后，關(guān)閉閥門(mén)。
     • 小心取走灌砂筒和基板。
     • 收集并稱量灌砂筒內(nèi)剩余的砂質(zhì)量 (m?)，精確至1g。

五、 數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算

1. 記錄數(shù)據(jù)：

   • 濕土質(zhì)量 (m?) [g]
   • 灌砂筒內(nèi)剩余砂質(zhì)量 (m?) [g]
   • 灌砂筒裝滿砂的總初始質(zhì)量 (m?) [g]
   • 標(biāo)定得到的筒下部圓錐體內(nèi)砂質(zhì)量 (m?) [g]
   • 標(biāo)定得到的標(biāo)準(zhǔn)砂密度 (ρs) [g/cm³]
   • 試坑平均深度 (h) [cm] (用于輔助檢查，非必須計(jì)算項(xiàng))

2. 計(jì)算試坑體積 (V)：

   • 計(jì)算填滿試坑消耗的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量：m? = m? - m? - m? [g]
   • 計(jì)算試坑體積：V = m? / ρs [cm³]

3. 計(jì)算濕密度 (ρw)：

   • ρw = m? / V [g/cm³]

4. 測(cè)定含水率 (w)：

   • 將濕土樣放入烘箱，在105-110℃下烘至恒重（通常不少于6小時(shí)）。
   • 冷卻至室溫（在干燥器中）后稱取干土質(zhì)量 (m?)。
   • 計(jì)算含水率：w = (m?? - m?) / m? × 100% (m??為濕土樣質(zhì)量)。精確至0.1%。

5. 計(jì)算干密度 (ρd)：

   • ρd = ρw / (1 + 0.01w) [g/cm³]

6. 計(jì)算壓實(shí)度 (K)：

   • K = (ρd / ρdmax) × 100% [%]
   • 其中 ρdmax 為該土樣通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)（輕型或重型）確定的最大干密度 [g/cm³]。

六、 注意事項(xiàng)

1. 標(biāo)定至關(guān)重要： 砂的密度和圓錐體砂質(zhì)量必須準(zhǔn)確標(biāo)定，且需定期復(fù)核（尤其在砂重復(fù)使用多次后）。
2. 試坑質(zhì)量： 試坑形狀應(yīng)規(guī)整（盡量接近圓柱形），尺寸（直徑、深度）符合要求。挖掘時(shí)嚴(yán)防超挖、欠挖及坑壁坍塌、松動(dòng)。收集全部挖出土樣，不得遺漏。
3. 砂的流動(dòng)： 灌砂時(shí)確保砂處于自由流動(dòng)狀態(tài)，避免震動(dòng)或敲打灌砂筒。灌砂過(guò)程應(yīng)連續(xù)。
4. 表面平整： 測(cè)試點(diǎn)表面必須仔細(xì)刮平，基板放置穩(wěn)固，與表面緊密接觸無(wú)縫隙。
5. 含水率代表性： 用于測(cè)定含水率的土樣必須能代表試坑內(nèi)全部土體的平均含水率，需及時(shí)密封防止水分蒸發(fā)。
6. 設(shè)備清潔： 標(biāo)準(zhǔn)砂應(yīng)保持清潔干燥，防止污染。灌砂筒、基板等設(shè)備使用前后應(yīng)清理干凈。
7. 安全防護(hù)： 現(xiàn)場(chǎng)操作注意安全，佩戴手套、安全帽等防護(hù)用品。
8. 規(guī)范依據(jù)： 試驗(yàn)操作應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如JTG 3450《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》中的T 0921-2019灌砂法）。

七、 工程意義

灌砂法試驗(yàn)是控制填方工程壓實(shí)質(zhì)量最直接有效的手段之一。通過(guò)測(cè)定壓實(shí)度，可以：

• 評(píng)估施工質(zhì)量： 判斷壓實(shí)作業(yè)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)程度。
• 指導(dǎo)施工： 發(fā)現(xiàn)壓實(shí)不足區(qū)域，指導(dǎo)碾壓遍數(shù)、機(jī)械組合等施工參數(shù)的調(diào)整。
• 保證工程性能： 足夠的壓實(shí)度是確保路基路面具有足夠強(qiáng)度、剛度、水穩(wěn)定性和耐久性的基礎(chǔ)，防止工后沉降、變形、開(kāi)裂等病害。
• 質(zhì)量驗(yàn)收： 質(zhì)量驗(yàn)收： 作為工程驗(yàn)收的重要依據(jù)。

灌砂法試驗(yàn)以其原理清晰、設(shè)備簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠的特點(diǎn)，成為工程現(xiàn)場(chǎng)密度檢測(cè)的基石。然而，其精度高度依賴于操作的規(guī)范性和標(biāo)定的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)人員必須深刻理解原理，嚴(yán)格按照規(guī)程操作，注重細(xì)節(jié)控制（尤其是試坑挖掘和砂量控制），才能獲得真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)狀況的數(shù)據(jù)，為工程質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。