土的幾種密度測試方法及測試產(chǎn)生的誤差分析

張書林（安徽省大禹工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 蚌埠 233000）

土的幾種密度測試方法及測試產(chǎn)生的誤差分析

張書林
（安徽省大禹工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 蚌埠 233000）

本文對土的幾種常用密度測試方法：環(huán)刀法、灌砂法、灌水法測試產(chǎn)生的誤差進行計算、分析，提出采用上述測試方法測試時從使用儀器的選擇、檢測重點環(huán)節(jié)的控制幾方面減小檢測誤差的建議。

環(huán)刀法 灌砂法 灌水法 密度誤差

1 引言

密度是表征土體密實程度的一項參數(shù)，在建筑地基、水利堤防、道路等工程中是衡量工程質(zhì)量優(yōu)劣的一項技術(shù)指標(biāo)，因此準(zhǔn)確測試土體密度顯得尤為重要?，F(xiàn)行文獻中已有諸多密度測試方法，如環(huán)刀法、灌砂法、灌水法、核子密濕度儀、蠟封法等。本文對常用的測試方法環(huán)刀法、灌砂法及灌水法，在測試中容易產(chǎn)生的誤差進行計算、分析，依據(jù)分析結(jié)果，提出控制、減小檢測誤差的建議，為以后土的密度檢測時減小誤差、提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供依據(jù)。

2 土的密度測試方法及測試產(chǎn)生誤差原因

2.1 環(huán)刀法

在基礎(chǔ)回填、均質(zhì)堤防、路基等工程中往往以細粒土作為填筑材料，分層進行壓實，施工后工程密度多采用環(huán)刀法檢測。檢測時環(huán)刀容積誤差是產(chǎn)生密度誤差主要因素之一。為控制環(huán)刀容積產(chǎn)生的密度誤差，一貫的做法是檢測前對擬用環(huán)刀進行檢定，選用檢定合格的環(huán)刀檢測，確保使用的環(huán)刀容積誤差在允許誤差范圍之內(nèi)，從而控制減小密度誤差。但隨著檢測，環(huán)刀磨損使環(huán)刀尺寸（高度和直徑）產(chǎn)生變化，從而使環(huán)刀容積誤差增大，如沒有及時汰新會使密度誤差增大。因此，從環(huán)刀高度及直徑的變化分析對密度誤差的影響，為以后采用環(huán)刀法檢測土的密度時減小誤差提供理論依據(jù)。

2.2 灌砂法

灌砂法適用于現(xiàn)場測定路面基層、砂石路面及路基土的各種材料壓實層的密度。采用灌砂法檢測時試樣質(zhì)量的稱量誤差是產(chǎn)生密度誤差的主要因素之一。因此，對不同的儀器感量產(chǎn)生的密度誤差進行分析，為以后采用灌砂法檢測土的密度時減小誤差提供理論依據(jù)。

2.3 灌水法

灌水法適用于現(xiàn)場測定粗粒土和巨粒土的密度。采用灌砂法檢測時，《公路土工試驗規(guī)程》中規(guī)定座板應(yīng)安置在整平后的地表上，但對地表的平整度并無具體要求。檢測時只要檢測表面存在一定的不平整，就會使座板表面產(chǎn)生一定的高差，從而產(chǎn)生對試坑體積的測量誤差，進而引起密度誤差。為此，對不同的座板表面高差產(chǎn)生的密度誤差進行分析，為以后采用灌水法檢測土的密度時減小誤差提供理論依據(jù)。

3 土的密度誤差分析

3.1 環(huán)刀法

假定用環(huán)刀法檢測土質(zhì)為粘性土的工程密度，該工程密度在1.70～2.00g/cm3之間，以直徑5cm、高5cm的環(huán)刀為例分別分析環(huán)刀直徑、高度的變化產(chǎn)生的密度誤差。以下均以密度的絕對誤差為例進行分析。

3.1.1 假定環(huán)刀高度為恒值

計算、分析結(jié)果見表1。

從表1看到密度誤差隨直徑變化量增大而增大，隨工程密度增大而增大。

3.1.2 假定環(huán)刀直徑為恒值

考慮環(huán)刀高度隨著檢測磨損不斷變小，因此僅分析環(huán)刀高度變小產(chǎn)生的密度誤差。計算、分析結(jié)果見表2。

從表2看到密度誤差隨高度變化量增大而增大，隨工程密度增大而增大。

3.2 灌砂法

假定用灌砂法檢測土質(zhì)為礫石土的工程密度，該工程密度設(shè)為2.00g/cm3，分析稱量儀器不同感量產(chǎn)生的密度誤差。密度誤差隨儀器感量變化的關(guān)系式為：

式中：Δρ—密度誤差；Δm—稱量儀器感量；v—試坑體積。

計算、分析結(jié)果見結(jié)果表3。

從表3看到密度誤差隨稱量儀器感量變化增大而增大，隨試樣質(zhì)量增大而減小。

3.3 灌水法

假定用灌水法檢測土質(zhì)為礫石土的工程密度，該工程密度設(shè)在1.80～2.20g/cm3之間，假定開挖試坑體積為6000cm3，分析座板套孔表面高差產(chǎn)生的密度誤差。圖1為座板套孔表面與座板套孔表面最低點水平面形成的楔形體。該楔形體體積為試坑體積的測量誤差。

為計算該楔形體體積，建立如圖1所示的直角坐標(biāo)系，這時底面邊界的曲線方程為：

x2+y2=r2，x∈[-r，r]

過x作截面垂直于x軸，與楔形體的截面為矩形ABCD，其面積：

表1 環(huán)刀直徑變化產(chǎn)生密度誤差計算表

表3 稱量儀器感量產(chǎn)生的密度誤差計算表

圖1 座板套孔與座板套孔形成的楔形體

式中：Z—楔形體高；r—座板套孔半徑。

（1）假定座板套孔直徑為20cm，分析表面高差產(chǎn)生的密度誤差。計算、分析結(jié)果見表4。

從表4看到密度誤差隨表面高差增大而增大，隨工程密度增大而增大。

（2）假定表面高差為0.2cm，分析使用不同套孔直徑的座板時產(chǎn)生的密度誤差。計算、分析結(jié)果見表5。

從表5看到一定的表面高差產(chǎn)生的密度誤差隨座板套孔直徑變化增大而增大，隨工程密度增大而增大。

表2 環(huán)刀高度變化產(chǎn)生密度誤差計算表

表4 表面高差產(chǎn)生的密度誤差計算表

表5 表面高差產(chǎn)生的密度誤差計算表

4 結(jié)論

（1）采用環(huán)刀法檢測土的密度產(chǎn)生誤差隨環(huán)刀直徑變化量、隨環(huán)刀高度變化量增大而增大，隨土的密度增大而增大。

（2）采用灌砂法檢測土的密度產(chǎn)生誤差隨使用的稱量儀器的感量增大而增大，隨試樣質(zhì)量增大而減小。

（3）采用灌水法檢測土的密度產(chǎn)生誤差隨座板套孔表面高差、座板套孔直徑增大而增大，隨土的密度增大而增大。

5 建議

（1）采用環(huán)刀法檢測土的密度前，應(yīng)對使用的環(huán)刀進行檢定或校準(zhǔn)，合格后進行使用，并根據(jù)測試量大小定期進行復(fù)檢，避免環(huán)刀容積誤差超出允許范圍而增大檢測誤差。

（2）采用灌砂法檢測土的密度時，在條件許可范圍內(nèi)盡量使用感量較小的稱量儀器和增大試坑的尺寸（直徑或高度）而增加試樣的質(zhì)量，減小檢測誤差。

（3）采用灌水法檢測土的密度時，盡量選擇平整的表面檢測，或者對不平整的表面整平后檢測，從而減小檢測誤差