淺析灌砂法檢測(cè)路基壓實(shí)度的要點(diǎn)及減少誤差的注意事項(xiàng)

肖 燕

(四川濟(jì)通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司,四川成都 610000)

路基壓實(shí)度是反映路基每一壓實(shí)層的緊密程度，只有使每一壓實(shí)層的緊密程度都符合規(guī)定，才能使路基的整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性滿足要求。壓實(shí)度的檢測(cè)是保證路基路面質(zhì)量的基礎(chǔ)，是評(píng)定路基路面內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，路面出現(xiàn)的坑洞、裂縫、不均勻沉降或推移等病害問(wèn)題，嚴(yán)重影響路基、路面的使用壽命。

1 灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度的原理

1.1 測(cè)試原理

灌砂法是利用均勻顆粒的砂去置換試洞體積。

灌砂法基本原理是利用粒徑0.30～0.60 mm清潔干凈的均勻砂，從一定高度自由下落到試洞內(nèi)，按其單位自重不變的原理來(lái)測(cè)量試洞的容積(即用標(biāo)準(zhǔn)砂來(lái)置換試洞中的填料)，并根據(jù)填料的含水量來(lái)推算出試樣的實(shí)測(cè)干密度。

灌砂法是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定密度的主要方法，但必須提示的是灌砂法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(cè)。

1.2 計(jì)算方法

試樣的濕密度通過(guò)試坑中取出的全部填料與試坑的體積的比值得出后，試樣的濕密度與(1+試坑試樣的含水率)的比值，得出試樣的干密度，試樣的干密度與擊實(shí)試驗(yàn)得到的試樣的最大干密度的百分比就是測(cè)試地點(diǎn)的施工壓實(shí)度。

具體試樣方法及公式在后面的試驗(yàn)步驟中具體闡述及說(shuō)明。

2 灌砂法用儀器、器具與材料

烘箱或酒精，天平，臺(tái)秤，鋁盒，經(jīng)標(biāo)定后的量砂，灌砂筒，金屬標(biāo)定罐，基板，試樣盤(pán)，玻璃板，毛刷，鑿子，鐵錘，勺子，現(xiàn)場(chǎng)裝砂用的容器(塑料桶)等。

3 灌砂法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要點(diǎn)與試驗(yàn)方法

3.1 步驟要點(diǎn)

選用灌砂筒，標(biāo)定砂，現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)，挖試坑，灌砂，含水率測(cè)定、計(jì)算。

3.2 影響壓實(shí)度的幾點(diǎn)因素

為在后面理解“檢測(cè)過(guò)程中減少誤差”起到充分認(rèn)識(shí)，幫助理解清晰到位，在此先簡(jiǎn)要說(shuō)明路基壓實(shí)度的影響因素，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)含水量對(duì)壓實(shí)過(guò)程的影響。

(2)壓實(shí)松鋪厚度的影響。

(3)壓實(shí)遍數(shù)對(duì)壓實(shí)的影響。

(4)壓實(shí)方式的原則把握對(duì)壓實(shí)質(zhì)量的影響。

(5)壓實(shí)機(jī)械的選用。

3.3 試驗(yàn)方法

平坦表面粗糙度不大的情況下，灌砂時(shí)不放置基板：

(1)在試驗(yàn)地點(diǎn)，選一塊平坦表面，將其清掃干凈，其面積不得小于基板面積。

(2)將基板放回清掃干凈的表面上(盡量放在原處)，沿基板中孔鑿洞(洞的直徑與灌砂筒一致)。在鑿洞過(guò)程中，應(yīng)注意不使鑿出的材料丟失，并隨時(shí)將鑿松的材料取出裝入塑料袋中，不使水分蒸發(fā)，也可放在大試樣盒內(nèi)。試洞的深度應(yīng)等于測(cè)定層厚度，但不得有下層材料混入，最后將洞內(nèi)的全部鑿松材料取出。對(duì)土基或基層，為防止試樣盤(pán)內(nèi)材料的水分蒸發(fā)，可分幾次稱取材料的質(zhì)量，全部取出材料的總質(zhì)量為mw準(zhǔn)確至1 g。當(dāng)需要檢測(cè)厚度時(shí)，應(yīng)先測(cè)量厚度后再進(jìn)行這一步驟。

(3)從挖出的全部材料中取有代表性的樣品，放在鋁盒或潔凈的搪瓷盤(pán)中，測(cè)定其含水率(ω，以%計(jì))。樣品的數(shù)量如下：用小型灌砂筒測(cè)定時(shí)，對(duì)于細(xì)粒土，不少于100 g；對(duì)于各種中粒土，不少于500 g。用大型灌砂筒測(cè)定時(shí)，對(duì)于細(xì)粒土，不少于200 g；對(duì)于各種中粒土，不少于1 000 g；對(duì)于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，宜將取出的全部材料烘干，且不少于2 000 g，稱其質(zhì)量md。

(4)將基板安放在試坑上，將灌砂簡(jiǎn)安放在基板中間(儲(chǔ)砂筒內(nèi)放滿砂到要求質(zhì)量m1)，使灌砂筒的下口對(duì)準(zhǔn)基板的中孔及試洞，打開(kāi)灌砂筒的開(kāi)關(guān)，讓砂流入試坑內(nèi)。在此期間，應(yīng)注意勿碰動(dòng)灌砂筒。直到儲(chǔ)砂筒內(nèi)的砂不再下流時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)。仔細(xì)取走灌砂筒，并稱量筒內(nèi)剩余砂的質(zhì)量m3，準(zhǔn)確至1 g。

(5)仔細(xì)取出試筒內(nèi)的量砂，以備下次試驗(yàn)時(shí)再用。若量砂的濕度已發(fā)生變化或量砂中混有雜質(zhì)，則應(yīng)該重新烘干、過(guò)篩，并放置一段時(shí)間，使其與空氣的濕度達(dá)到平衡后再用。

3.4 計(jì)算

(1)按式(1)計(jì)算填滿試坑所用的砂的質(zhì)量mb(g)。灌砂時(shí)，試坑上不放基板：

mb=m1-m3-m2

(1)

式中：mb為填滿試坑的砂的質(zhì)量(g)；m1為灌砂前灌砂筒內(nèi)砂的質(zhì)量(g)；m2為灌砂筒下部圓錐體內(nèi)砂的質(zhì)量(g)；m3為灌砂后，灌砂筒內(nèi)剩余砂的質(zhì)量(g)。

(2)按式(2)計(jì)算試坑材料的濕密度ρw(g/cm3)。

(2)

式中：mw為試坑中取出的全部材料的質(zhì)量(g)；ρs為量砂的松方密度(g/cm3)。

(3) 按式(3)計(jì)算試坑材料的干密度ρd(g/cm3)：

(3)

式中：ω為試坑材料的含水率(%)；md為試坑中取出的穩(wěn)定上的烘干質(zhì)量(g)。

(4) 按式(4)計(jì)算施工壓實(shí)度。

(4)

式中：K為測(cè)試地點(diǎn)的施工壓實(shí)度(%)；ρd為試樣的干密度(g/cm3)；ρc為由擊實(shí)試驗(yàn)得到的試樣的最大干密度(g/cm3)。

當(dāng)試坑材料組成與擊實(shí)試驗(yàn)的材料有較大差異時(shí),可以試坑材料做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，求取實(shí)際的最大干密度。

(5)報(bào)告。各種材料的干密度均應(yīng)準(zhǔn)確至0.01 g/cm3。

4 主要減少誤差的注意事項(xiàng)

4.1 選用灌砂筒的大小

4.1.1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)填料的最大粒徑選用灌砂筒

當(dāng)試樣的最大粒徑小于13.2 mm，測(cè)定層的厚度不超過(guò)150 mm時(shí)，宜采用φ100 mm的小型灌砂筒測(cè)試，此規(guī)格的灌砂筒用的比較少。當(dāng)試樣的最大粒徑等于或大于13.2 mm，但不大于31.5 mm，測(cè)定層厚度不超過(guò)150 mm時(shí)，應(yīng)用φ150 mm的大型灌砂筒測(cè)試。如集料的最大粒徑達(dá)到31.5～60 mm或測(cè)定層厚度超過(guò)200 mm時(shí)時(shí)，選用直徑200 mm灌砂筒為宜。

4.1.2 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)厚度選用

現(xiàn)場(chǎng)普遍應(yīng)用φ150 mm的灌砂筒，測(cè)深為150 mm，其所測(cè)壓實(shí)度僅為150 mm。但是現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)層厚度往往在200 mm左右，而且一般壓實(shí)度在壓實(shí)表層都比較高，往下就難以保證，因此采用φ200 mm的大灌砂筒檢測(cè)為宜。

在此必須提出的是現(xiàn)場(chǎng)用灌砂筒規(guī)格大小必須與標(biāo)定量砂時(shí)用灌砂筒規(guī)格大小一致。

4.2 量砂標(biāo)定對(duì)壓實(shí)度的影響

4.2.1 量砂面的高度對(duì)量砂密度的影響

量砂灌入試坑前，儲(chǔ)砂筒中砂面高度、砂的質(zhì)量對(duì)量砂密度的影響。筒內(nèi)砂的高度與筒頂?shù)木嚯x15 mm左右為宜，原因是不同砂面高度的砂，其下落速度不同，因而灌進(jìn)標(biāo)定罐內(nèi)砂的密實(shí)程度也不同，這就直接影響了量砂的密度。因此，儲(chǔ)砂筒中砂面高度須嚴(yán)格控制。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)試時(shí)，儲(chǔ)砂筒中砂面高度應(yīng)與標(biāo)定量砂密度時(shí)儲(chǔ)砂筒中砂面高度保持一致。另外，筒內(nèi)砂的質(zhì)量準(zhǔn)確至1 g。每次標(biāo)定及以后的試驗(yàn)都維持這個(gè)質(zhì)量不變。因?yàn)闃?biāo)定時(shí)，只要砂總重相同，即砂的自重一樣，顯然其下落速度也能保持一致，從而提高量砂使用的準(zhǔn)確性。

上述儲(chǔ)砂筒中砂面高度、砂的質(zhì)量在JTG E60-2008《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》明確規(guī)定，且實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)試時(shí)，儲(chǔ)砂筒中砂面高度和重量與室內(nèi)標(biāo)定時(shí)保持一致，大大提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2.2 砂的顆粒級(jí)配組成對(duì)量砂密度的影響。

量砂要規(guī)則，不同顆粒粒徑組成的砂，其級(jí)配不同，密度也明顯不同，所以每次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用砂必須與標(biāo)定用砂為同一批次同一粒徑范圍的標(biāo)準(zhǔn)砂，即0.30～0．60 mm的砂，而且要保持砂潔凈干燥?；厥樟可爸貜?fù)使用時(shí)，一定要晾干、過(guò)篩，放置足夠的時(shí)間，并重新標(biāo)定量砂松方密度。

4.2.3 標(biāo)定罐深度對(duì)量砂密度的影響

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：曾經(jīng)做過(guò)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)標(biāo)定罐深度每減2.5 cm，砂密度大約降低3 %。標(biāo)定罐深度每減1 cm，砂密度大約降低1.2 %?？梢?jiàn)標(biāo)定罐深度對(duì)量砂密度的影響較大。因此，現(xiàn)場(chǎng)試洞深度應(yīng)盡量與室內(nèi)標(biāo)定罐深度一致。

綜上，儲(chǔ)砂筒砂面高度、砂的總重、砂的顆粒組成、標(biāo)定罐深度等均在一定程度上影響量砂的密度。量砂松方密度作為壓實(shí)度計(jì)算用的基本數(shù)據(jù)之一，量砂密度標(biāo)定準(zhǔn)確與否，將會(huì)影響路基壓實(shí)度的檢測(cè)精度。由上述可見(jiàn)，在進(jìn)行路基壓實(shí)度檢測(cè)之前，量砂標(biāo)定工作必須引起足夠的重視，認(rèn)真對(duì)待。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)選擇

4.3.1 選點(diǎn)數(shù)量

路基壓實(shí)質(zhì)量是否滿足要求與單個(gè)測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度及整個(gè)路段總體壓實(shí)度評(píng)定結(jié)果有關(guān)。因此壓實(shí)度檢測(cè)選點(diǎn)是否得當(dāng)，直接影響到壓實(shí)度的檢測(cè)結(jié)果。進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，選點(diǎn)編號(hào)，選點(diǎn)得當(dāng)，隨機(jī)選點(diǎn)，選點(diǎn)檢測(cè)數(shù)量應(yīng)滿足規(guī)范頻率要求。選點(diǎn)位置不客觀，選點(diǎn)太少，就不能客觀反映實(shí)際壓實(shí)情況，選點(diǎn)也沒(méi)必要太多，但對(duì)某一點(diǎn)壓實(shí)度有異議時(shí)在距原坑邊5 cm的位置旁邊再另行選點(diǎn)檢測(cè)，來(lái)判斷是否由于試驗(yàn)人員的操作不當(dāng)造成該結(jié)果不合格還是該點(diǎn)壓實(shí)度本身就不合格。故正確的選點(diǎn)在工程施工中具有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。

4.3.2 選點(diǎn)位置

檢測(cè)點(diǎn)的位置很重要。由于工程結(jié)構(gòu)的特殊性，通常而言，路基中間部位壓實(shí)度相對(duì)較高，而兩側(cè)接近路緣處往往壓實(shí)度偏低。任何一個(gè)薄弱點(diǎn)都可能造成整個(gè)工程質(zhì)量隱患，而壓實(shí)度檢測(cè)也應(yīng)全面檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)出的薄弱點(diǎn)應(yīng)及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)施工人員，采取補(bǔ)救措施。

4.4 挖試坑

4.4.1 試坑形狀

試坑的形狀應(yīng)該是垂直的圓柱體形，試坑深度應(yīng)盡量等于標(biāo)定灌深度，坑壁筆直，上下口直徑相等，避免上大下小導(dǎo)致測(cè)得的壓實(shí)度偏大，反之上小下大的形狀將導(dǎo)致壓實(shí)度偏小。

4.4.2 試坑深度

按照J(rèn)TG E60-2008《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》要求，試坑的深度應(yīng)該等于測(cè)定層的厚度，但不得有下層材料混入，一般情況下，每壓實(shí)層厚為200 mm，所以，試坑深度也應(yīng)該是200 mm。壓路機(jī)在碾壓過(guò)程中其應(yīng)力分布成倒三角形，所以就每一層壓實(shí)而言，越向下的部位其壓實(shí)度越小。因而，坑的深度不夠，將導(dǎo)致測(cè)得的壓實(shí)度偏大。

4.5 灌砂

4.5.1 灌砂時(shí)間

因?yàn)楣嗌巴矁?nèi)砂子的流動(dòng)是從中心開(kāi)始而后才向邊緣擴(kuò)展的，而我們又無(wú)法直接觀察到中心部位砂子的流動(dòng)情況，故應(yīng)使邊緣處標(biāo)準(zhǔn)砂不再流動(dòng)后還需要等十幾秒鐘再停止灌砂。如果提前結(jié)束灌砂，勢(shì)必導(dǎo)致灌入的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量偏少，從而導(dǎo)致測(cè)得的壓實(shí)度值偏大。

4.5.2 灌砂時(shí)人為干擾

在灌砂過(guò)程中，切勿用手人為敲擊灌砂筒，因外部干擾會(huì)影響筒內(nèi)砂的下落速度的加大，與砂的自重自然流速形成偏差，形成流砂量大，導(dǎo)致測(cè)出的試坑體積偏大，壓實(shí)度偏小。

4.6 含水率

4.6.1 試樣取樣代表性

在取樣測(cè)定含水率試樣時(shí)，若選取了較干燥或較濕的部分或拖延了時(shí)間選取勢(shì)必導(dǎo)致含水量偏差，從而加大影響壓實(shí)度值的偏差，因此應(yīng)將試坑內(nèi)的土壤迅速均勻攪拌，然后再取規(guī)定的試樣數(shù)量迅速裝入鋁盒中。

4.6.2 含水率測(cè)定方法

因現(xiàn)場(chǎng)條件有限，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定試樣含水量通常用酒精燃燒法，影響測(cè)定含水率準(zhǔn)確性的原因總結(jié)如下：使用酒精的純度能否達(dá)到要求，酒精是否淹沒(méi)試樣表面，燃燒次數(shù)是否達(dá)到規(guī)范要求。

若條件允許含水率的測(cè)定采用烘干法較為準(zhǔn)確，但用時(shí)較長(zhǎng)。

5 對(duì)“異常值點(diǎn)”的路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)擊實(shí)試驗(yàn)

對(duì)“異常值點(diǎn)”的段落在現(xiàn)場(chǎng)處就地取樣，在保證含水量在可進(jìn)行施工碾壓情況下進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，得到干密度ρd2，以ρd2作為壓實(shí)度評(píng)定的最大干密度：K=ρd/ρd2。合理地使用“現(xiàn)場(chǎng)取樣擊實(shí)”的這種方法將會(huì)很大程度上減少因試驗(yàn)誤差而導(dǎo)致地返工，同時(shí)對(duì)路基的內(nèi)在壓實(shí)質(zhì)量起到強(qiáng)有力的質(zhì)量保障，這種方法要本著實(shí)事求是的原則，本著對(duì)工程質(zhì)量負(fù)責(zé)，對(duì)施工負(fù)責(zé)的原則進(jìn)行采用，這對(duì)試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)和良好職業(yè)道德素質(zhì)提出了一定的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)路基壓實(shí)度的測(cè)定減少誤差，在試驗(yàn)規(guī)程基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，主要從選用灌砂筒大小，標(biāo)定砂時(shí)注意過(guò)程細(xì)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)選擇測(cè)點(diǎn)要有代表性，挖試坑要規(guī)范，灌砂要注意停止時(shí)間及人為干擾，含水率測(cè)定試樣滿足規(guī)范要求，做好上述環(huán)節(jié)，對(duì)壓實(shí)度值的準(zhǔn)確性將大大提高，為工程質(zhì)量評(píng)定的可靠性提供可靠保證。