灌砂法在公路路基試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用分析

劉洋

（招商局重慶公路工程檢測(cè)中心有限公司，重慶400060）

0 引言

路基是公路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，路基的強(qiáng)度、承載力決定著公路的使用壽命、安全性、舒適性。為確保路基性能達(dá)標(biāo)，路基施工結(jié)束后常通過(guò)壓實(shí)度檢測(cè)測(cè)試路基強(qiáng)度、剛度、承載力等是否達(dá)標(biāo)，其中灌砂法具有準(zhǔn)確性高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用相對(duì)廣泛，但目前灌砂法的具體應(yīng)用中，常因操作不規(guī)范導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。為此，探究灌砂法在公路路基試驗(yàn)檢測(cè)中的具體應(yīng)用仍有重要的實(shí)踐意義。

1 灌砂法基本概念與技術(shù)原理

灌砂法，是一種應(yīng)用在公路工程施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)基層、路基、路基土材料壓實(shí)度以及密度的方法，主要適用于砂類土、礫類土以及細(xì)粒土的檢測(cè)中。原理如下：在一定高度上使表面經(jīng)過(guò)清潔的標(biāo)準(zhǔn)砂落入到試洞內(nèi)，按照單位重量不變?cè)磉M(jìn)行試洞容積測(cè)量，最終結(jié)合集料含水量情況計(jì)算出試樣的實(shí)測(cè)干密度值。灌砂筒的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

圖1 灌砂筒的結(jié)構(gòu)尺寸圖

2 灌砂法在公路路基試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某公路工程項(xiàng)目，總里程為37.8km，設(shè)計(jì)為雙向四車道，通行后最高時(shí)速為120km、最低時(shí)速為80km，路基總寬度為24m。工程對(duì)路基強(qiáng)度以及承載能力有著較高要求，為確定路基壓實(shí)度，采用灌砂法展開(kāi)檢測(cè)，檢驗(yàn)路基性能是否達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。按照試驗(yàn)需要本次采用規(guī)格為φ150mm 的灌砂筒?！豆饭こ藤|(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1—2004)對(duì)各等級(jí)公路土方路基壓實(shí)度要求作出規(guī)定，具體規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 各等級(jí)公路的土方路基壓實(shí)度要求規(guī)定值

2.2 量砂選擇

考慮到試驗(yàn)期間量砂對(duì)結(jié)果的影響較大，顆粒間組成不同易造成密度參數(shù)變化、結(jié)果失真，因此，量砂必須保障潔凈度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且材料均勻性良好，各規(guī)格砂粒徑允許偏差范圍如表2所示。根據(jù)該項(xiàng)目施工實(shí)際情況，砂粒徑為0.3～0.6mm 能夠滿足本次試驗(yàn)所需[1]。

表2 各規(guī)格砂粒徑允許偏差

2.3 量砂標(biāo)定

2.3.1 標(biāo)定深度與砂密度

在灌砂法中量砂密度與標(biāo)定罐砂速度之間存在正比例關(guān)系，當(dāng)標(biāo)定深度降低至≤2.5cm 狀態(tài)時(shí)，砂密度會(huì)受深度影響也出現(xiàn)下降，幅度約1%左右，因此，若想有效控制測(cè)量精度，必須結(jié)合外界溫度，做好測(cè)量時(shí)洞深的控制。

2.3.2 儲(chǔ)砂面高低測(cè)定

在密度檢測(cè)過(guò)程中，儲(chǔ)砂筒量砂頂面高度與砂密度之間也有著一定關(guān)系，當(dāng)其高度處于＜5cm 狀態(tài)時(shí)，密度縮減幅度為1%左右。因此，在試驗(yàn)操作中，儲(chǔ)砂筒內(nèi)砂面高度以及標(biāo)定密度也是兩項(xiàng)重要控制內(nèi)容，需要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。及時(shí)排查是否存在影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素，采取有效的預(yù)防措施，以便后續(xù)操作順利進(jìn)行。

2.3.3 量砂穩(wěn)定性

灌砂法應(yīng)用過(guò)程中，砂的潔凈度、含水量以及均勻性對(duì)每個(gè)試驗(yàn)步驟均有著直接影響，且在具體操作過(guò)程中需要考慮到外界氣候環(huán)境的影響。如天氣過(guò)于潮濕在試驗(yàn)中會(huì)導(dǎo)致量砂含水量變化，需要提前采取控制措施。在正式試驗(yàn)前將量砂在空氣條件下靜置，保持砂與試驗(yàn)環(huán)境的濕度一致。同時(shí)，試驗(yàn)中應(yīng)按照灌砂法的試驗(yàn)步驟，每個(gè)環(huán)節(jié)準(zhǔn)備充分。避免因準(zhǔn)備不充分導(dǎo)致試驗(yàn)中斷。此外，如發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中量砂數(shù)量不足以完成本次試驗(yàn)，則應(yīng)停止試驗(yàn)，待室內(nèi)量砂標(biāo)定完成后，方可使用。避免因兩種量砂密度不一致而混裝在一起進(jìn)行試驗(yàn)，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差[2]。

2.4 試驗(yàn)重點(diǎn)

2.4.1 合理選擇場(chǎng)地

試驗(yàn)場(chǎng)地的合理性對(duì)提高最終試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性有著積極的影響。在具體選點(diǎn)過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先選擇地勢(shì)平坦、開(kāi)闊區(qū)域，便于操作以及合理布置試驗(yàn)點(diǎn)。按照本次施工方案要求，最終選擇規(guī)格為40cm×40cm的平坦空地作為測(cè)試點(diǎn)；并在試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)直接置放基板，增強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)整體的安全性、穩(wěn)定性，避免在試驗(yàn)過(guò)程中儲(chǔ)砂筒發(fā)生傾斜。同時(shí)，為使試驗(yàn)結(jié)果更加精準(zhǔn)，在正式操作前還需對(duì)路基進(jìn)行清理，減少不良因素的干擾。

測(cè)點(diǎn)布設(shè)需要考慮到公路路基碾壓后中間部位壓實(shí)度處于最高水平，從中間向兩側(cè)逐漸下降，因此測(cè)點(diǎn)也要布設(shè)在路基中間以及兩側(cè)三個(gè)位置上，從而確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、全面，以免結(jié)果失真未能及時(shí)檢測(cè)出壓實(shí)度不均現(xiàn)象。此外，要求檢測(cè)人員將開(kāi)挖出的材料直接放到指定容器內(nèi)保存，避免被挖出材料丟失或水分散失而影響試驗(yàn)結(jié)果。灌砂法主要儀器工具如圖2所示。

圖2 灌砂法主要儀器工具

2.4.2 試驗(yàn)步驟控制

開(kāi)挖試洞期間，試驗(yàn)人員需要注意以下幾點(diǎn)：一是當(dāng)表面粗糙度較大時(shí)，應(yīng)測(cè)試粗糙消耗的量砂。二是能夠在短時(shí)間內(nèi)快速完成開(kāi)挖工作，避免造成邊緣土體失穩(wěn)影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。三是開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)形成規(guī)則的試洞結(jié)構(gòu)，試洞邊緣應(yīng)有著良好垂直度，禁止開(kāi)挖出梯形結(jié)構(gòu)，若遇到試洞有著復(fù)雜的邊緣結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生量砂大面積流動(dòng)問(wèn)題，應(yīng)提前采取控制措施，避免最終試驗(yàn)結(jié)果失真。四是每次試驗(yàn)時(shí)灌砂筒內(nèi)量砂質(zhì)量及高度應(yīng)與室內(nèi)標(biāo)定時(shí)保持一致，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)無(wú)干擾，保持量砂處于松散狀態(tài)；其余試驗(yàn)步驟均需按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG 3450—2019)要求進(jìn)行。

2.5 注意事項(xiàng)

壓實(shí)度是衡量公路路基強(qiáng)度、剛度等性能的重要指標(biāo)之一，路基壓實(shí)度檢測(cè)方法有多種，其中灌砂法更受業(yè)內(nèi)青睞，因?yàn)榇朔ú僮飨鄬?duì)簡(jiǎn)便，但在具體操作過(guò)程中，諸多事項(xiàng)難以掌握，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性受到影響。經(jīng)過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)際操作，總結(jié)灌砂法在應(yīng)用中需要注意以下幾點(diǎn)。

一是嚴(yán)格控制量砂質(zhì)量，在使用前應(yīng)過(guò)篩、清潔、烘干，并使其與空氣濕度平衡。若量砂含水率過(guò)高，可提前進(jìn)行晾曬。

二是量砂密度標(biāo)定應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范操作，需要至少3次以上的標(biāo)定，確保量砂密度值可靠、準(zhǔn)確。

三是試驗(yàn)時(shí)開(kāi)挖試坑深度應(yīng)為整個(gè)壓實(shí)層，路基填料不能與其他材料混合填筑，路基填料應(yīng)與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)土樣一致。

四是試洞開(kāi)挖過(guò)程中需要保持垂直度良好，上下試洞直徑保持一致，誤差需控制在允許偏差范圍內(nèi)，且洞壁呈光滑、筆直狀，便于壓實(shí)度測(cè)試；所有開(kāi)挖的材料應(yīng)裝入到塑料袋或試樣盒當(dāng)中，避免與其他材料混合及丟失或因溫度高而導(dǎo)致挖出材料水分蒸發(fā)。

五是挖出土樣含水率試驗(yàn)時(shí)，需從試洞內(nèi)挖出的材料采用四分法拌和均勻。對(duì)樣品數(shù)量有著特殊要求：使用小型灌砂筒試驗(yàn)時(shí)，細(xì)粒土應(yīng)≥100g、中粒土應(yīng)≥500g；使用大灌砂筒試驗(yàn)時(shí)，細(xì)粒土應(yīng)≥200g、中粒土應(yīng)≥1000g，樣品為粗粒土、無(wú)機(jī)結(jié)合材料時(shí)需要將全部挖出材料烘干稱量，且樣品數(shù)量需應(yīng)≥2000g。

3 壓實(shí)度超百問(wèn)題發(fā)生原因與處理措施

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用灌砂法進(jìn)行公路路基壓實(shí)度試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，試驗(yàn)結(jié)果超百問(wèn)題是結(jié)果出現(xiàn)誤差的主要表現(xiàn)之一，為避免此類問(wèn)題發(fā)生，結(jié)合該項(xiàng)目灌砂法的操作，對(duì)壓實(shí)度超百的原因與處理措施展開(kāi)分析。

3.1 壓實(shí)度超百發(fā)生原因

壓實(shí)度是公路工程施工中路堤填料壓實(shí)結(jié)束后，根據(jù)填料干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度相比計(jì)算出的一項(xiàng)反應(yīng)路基性能的參數(shù)，其中任何一項(xiàng)數(shù)值不準(zhǔn)確都會(huì)對(duì)最終結(jié)果造成影響，導(dǎo)致超百情況。因此，總結(jié)出壓實(shí)度超百發(fā)生原因主要有如下因素。

3.1.1 設(shè)備因素

灌砂法操作過(guò)程中試洞深度與標(biāo)定筒深度存在誤差，導(dǎo)致砂密度測(cè)試出現(xiàn)偏差，如該項(xiàng)目中所使用的標(biāo)定筒的規(guī)格為φ150mm，那么測(cè)定層厚度也應(yīng)為150mm。如填筑層過(guò)厚，且未對(duì)厚度超出部分清除處理，如按室內(nèi)標(biāo)定罐的深度來(lái)檢測(cè)碾壓層壓實(shí)度，會(huì)導(dǎo)致因碾壓層填料實(shí)測(cè)干密度偏大，從而壓實(shí)度偏大，而整個(gè)碾壓層壓實(shí)度可能偏低。

3.1.2 操作因素

因灌砂法操作步驟簡(jiǎn)單、通俗易懂，實(shí)際操作中隨意性也大大提升，從而使操作過(guò)程中出現(xiàn)壓實(shí)度超百。如試驗(yàn)過(guò)程中未能準(zhǔn)確測(cè)試路基表面粗糙度、試洞開(kāi)挖深度不足、試洞形狀不規(guī)則等；或在上一步施工操作中，路基攤鋪時(shí)使用填料粒徑與標(biāo)準(zhǔn)不符，導(dǎo)致路基均勻性差；或在粗料相對(duì)密集位置進(jìn)行試驗(yàn)，也會(huì)導(dǎo)致最終填料干密度結(jié)果偏大，壓實(shí)度超百。

3.1.3 環(huán)境因素

我國(guó)幅員遼闊、地大物博，在公路施工中天然砂粒徑大小不均勻情況無(wú)法避免，該工程則面對(duì)該問(wèn)題，難以開(kāi)挖出規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)試洞，極易因試洞壁不平整導(dǎo)致返修，造成試洞尺寸越來(lái)越大。工程所處地區(qū)干燥、風(fēng)大，水分蒸發(fā)快，室外檢測(cè)條件不理想，而室內(nèi)檢測(cè)時(shí)普遍含水量偏小，導(dǎo)致填料干密度值過(guò)大；且風(fēng)大易造成填料與灌砂重量稱量時(shí)出現(xiàn)誤差。

3.2 壓實(shí)度超百處理措施

考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境條件，需要結(jié)合每種導(dǎo)致壓實(shí)度超百的因素采取處理措施，提高最終試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.2.1 改進(jìn)試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法

在灌砂法測(cè)定壓實(shí)度時(shí)，設(shè)備是基本條件、方法是基本要求。其中必須設(shè)備則是灌砂筒，因此，必須確保灌砂筒質(zhì)量合格；按規(guī)范要求嚴(yán)格控制壓實(shí)層厚度；也可改變灌砂筒直徑來(lái)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，從而縮小誤差。

3.2.2 加強(qiáng)試驗(yàn)過(guò)程中的控制

采用灌砂法檢測(cè)路基壓實(shí)度時(shí)，試驗(yàn)人員對(duì)操作的掌握程度是檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度控制中必不可少的措施之一。必須嚴(yán)格按照規(guī)范操作，如試洞深度是否滿足要求，試坑壁是否平整光滑、大小是否一致；并督促試驗(yàn)人員快速完成每個(gè)步驟，如挖出材料及時(shí)放到指定容器中存放，避免水分蒸發(fā)造成誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，公路路基壓實(shí)度檢測(cè)對(duì)了解其性能、評(píng)估工程整體品質(zhì)都有著重要意義，而灌砂法在路基壓實(shí)度檢測(cè)中最為常用，但由于操作中諸多因素難以把控，試驗(yàn)偏差也極易出現(xiàn)。因此，應(yīng)規(guī)范每個(gè)施工環(huán)節(jié)，減少可能導(dǎo)致偏差的干擾因素、不良因素，并反復(fù)檢查各操作要點(diǎn)是否符合規(guī)范要求，以獲得精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，客觀反饋路基壓實(shí)度。