公路路基壓實度檢測方法中灌砂法的運用研究

徐寶貴

（福建省交設工程試驗檢測有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

路基是公路結(jié)構的重要組成部分，路基壓實度檢測是公路新建、改擴建項目中必不可少的環(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度檢測方法，目前在公路工程建設中應用非常廣泛，能夠為后續(xù)工程的順利開展奠定堅實基礎。

2 公路路基壓實度檢測中灌砂法應用的重要性和范圍

2.1 灌砂法應用的重要性

碾壓過程是路基路面施工的重要環(huán)節(jié)，壓實質(zhì)量與路基路面的強度、剛度、穩(wěn)定性和平整度密切相關。壓實度是路基路面施工質(zhì)量檢驗的關鍵項目，《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》對各等級公路土方路基壓實度要求作出規(guī)定，具體規(guī)定見表1。對于土路基，壓實度是筑路材料壓實后的干密度與標準最大干密度之比，以百分率表示。標準最大干密度在路基施工前先通過室內(nèi)重型擊實試驗得到，路基現(xiàn)場壓實后的干密度通常采用灌砂法或環(huán)刀法進行檢測。灌砂法是施工現(xiàn)場最常用的方法之一，是標準方法，它的優(yōu)點較多，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)濟又方便的試驗方法。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粒土的壓實度。

表1 各等級公路的土方路基壓實度要求規(guī)定值

2.2 灌砂法的應用范圍

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度檢測，但灌砂法對路基填料壓實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度檢測。因此，在路基施工中，需要根據(jù)工程的實際特點，合理應用技術手段，將路基填料最大粒徑控制在不超過壓實層厚2/3的范圍內(nèi)，為灌砂法的應用奠定堅實基礎。

3 灌砂法的試驗流程及計算過程

3.1 灌砂法的試驗流程

在應用灌砂法之前，先要確保填料最大粒徑、檢測層厚度等滿足相應要求?，F(xiàn)以直徑為150mm的灌砂筒為例，具體試驗流程如下:

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

（2）在選定的測試點，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)試驗區(qū)域的表面粗糙度，確定是否需要設置基板。如果表面光滑平整，可不設置基板；如果表面粗糙度較大，應先設置基板，在基板位置做好標識，測試出粗糙表面和基板間量砂及灌砂筒下部圓錐體內(nèi)量砂的合計質(zhì)量。

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

（4）將灌砂筒對準基板中間，放置在試坑，打開閥門讓砂流入試坑中，當量砂停止流動后，關閉閥門并取出，隨后對灌砂筒中剩余的砂進行稱重。

回收未被污染的量砂，并清理現(xiàn)場。灌砂法試驗主要的儀器工具有灌砂筒、標準砂、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 公路路基壓實度檢測中灌砂法的計算過程

（1）計算填滿試坑所用的砂的質(zhì)量mb（g）：

灌砂時試坑上放有基板：mb=m1-m4-（m5-m6）

灌砂時試坑上不放基板：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質(zhì)量（g）。

（2）計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）計算施工壓實度：K=ρd/ρc×100%

式中：K表示測試地點的施工壓實度（%）；ρc表示由擊實試驗得到的試樣的最大干密度（g/cm3），各種材料的干密度均應準確至0.01g/cm3。

4 公路路基壓實度檢測中灌砂法的應用要點

4.1 量砂的選擇

在利用灌砂法對公路路基壓實度進行檢測的過程中，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)檢測工作的順利進行奠定堅實基礎。在檢測時，使用同一粒徑的量砂，也會大大提升檢測結(jié)果的準確性?，F(xiàn)在選取一個直徑為150mm的灌砂筒做量砂密度標定試驗，使用不同粒徑范圍的量砂，每種粒徑做三次試驗，取得標定罐中的砂重，具體情況見表2。

表2 不同粒徑的量砂在標定時標定罐中砂重情況

對表2進行分析可以看出，在標定罐中，量砂的粒徑為0.3～0.6mm時的極差最小，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)果的準確性較高。

4.2 量砂的松方密度標定

4.2.1 儲砂筒中砂面高度對量砂密度的影響

量砂密度會隨著儲砂筒中砂面高度的下降而降低，根據(jù)有關測試顯示，砂面高度和量砂密度呈正比例關系，其高度每下降5cm，砂密度會下降1%左右。因此，在試驗過程中為了保證試驗的準確性，試驗人員要控制好砂面高度，每次試驗都保持同一砂面高度，確保各項工作嚴格按照要求進行。

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度進行檢測之前，先要保證量砂質(zhì)量符合試驗要求，試驗人員應對量砂進行烘干，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儀器，灌砂筒大小是否合理將直接影響灌砂法的應用效果，灌砂筒的選擇要嚴格按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》中的有關要求進行。

（1）填料最大粒徑＜13.2mm，測定層厚度不超過150mm時，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，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，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，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行選擇，以保證檢測結(jié)果的準確性。

4.4 檢測現(xiàn)場土樣含水率

含水率是影響路基壓實度檢測結(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，壓實度就越小，因此，想要保證含水率檢測的準確性，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，由于酒精是危險易燃化學品，所以，此方法在試驗過程中應注意安全，采取必要的防護措施，并且確保前一次燃燒完全結(jié)束后，方可加入酒精試驗。

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

可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇適用的試驗方法。

4.5 加強對灌砂時間的控制

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

4.6 檢測過程的注意事項

（1）公路路基壓實度檢測工作要嚴格按照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》進行，根據(jù)檢測段落長度，合理設置檢測點的數(shù)量，并隨機選取檢測點樁號及位置。

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

（3）灌砂筒的閥門打開時，應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）每個試坑的形狀都應該為圓柱體，周壁呈豎直狀態(tài)，避免出現(xiàn)上小下大、上大下小的情況，這樣會使檢測結(jié)果偏小或偏大。

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

（6）當試坑中挖出的土樣有石塊時，應在灌砂前，將石塊放入試坑內(nèi)，否則會使檢測結(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（即使是1mm），整個表面就會高出一薄層，其體積會算到試坑中，影響試驗結(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步驟。

（8）在灌砂過程中，應停止周邊施工設備工作，尤其是壓路機等大型機器設備，避免因施工設備工作產(chǎn)生的震動，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，應及時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，應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，當其達到與空氣的濕度平衡后方可繼續(xù)使用，否則會影響量砂的松方密度。

5 結(jié)語

綜上所述，為了保證路基壓實度檢測效果，應用灌砂法過程中，試驗人員要掌握試驗原理及基本操作技巧，嚴格按照相關的試驗規(guī)程進行作業(yè)，并關注檢測重點及注意事項，提升檢測結(jié)果的準確性，為整個工程項目質(zhì)量保駕護航。