灌砂法基本原理

2 灌砂法基本原理
灌砂法（标准方法，但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测）基本原理是利用粒径0.30～0.60mm或0.25～0.50mm清洁干净的均匀砂，从一定高度自由下落到试洞内，按其单位重不变的原理来测量试洞的容积（即用标准砂来置换试洞中的集料），并根据集料的含水量来推算出试样的实测干密度。

3 灌砂筒的选用及室内标定
3.1 根据集料的最大粒径选用灌砂筒
（1）当试样的最大粒径小于15mm、测定层的厚度不超过150mm时，宜采用φ100mm的小型灌砂筒测试。

（2）当试样的最大粒径等于或大于15mm，但不大于40mm,测定层的厚度不超过150mm，但不超过200mm时，应用φ150mm的大型灌砂筒测试。

（3）如集料的最大粒径达到40mm～60mm或超过60mm时，灌砂筒和现场试洞的直径以200mm为宜。

工地上普遍应用φ150mm的灌砂筒，它的测深为150mm,其所测压实度仅为这150mm 的压实度。

但是现场压实层厚度往往在200mm左右，而且一般压实度在压实表层都比较高，往下就难以保证，因此在山区现场含碎石较多的集料应采用φ200mm的大灌砂筒检测为宜。

3.2 室内量砂标定的准确与否对压实度的影响
（1）储砂筒中砂面高度、砂的总重对量砂密度的影响
《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）中对筒内砂的高度和质量都做了明确规定。

筒内砂的高度与筒顶的距离不超过15mm，原因是不同砂面高度的砂，其下落速度不同，因而灌进标定罐内砂的密实程度也不同，这就直接影响了量砂的密度。

因此，储砂筒中砂面高度必须严格控制；另外，筒内砂的质量准确至1g。

每次标定及以后的试验都维持这个质量不变。

因为标定时，只要砂总重相同, 即砂的自重一样，显然其下落速度也能保持一致，从而提
高量砂使用的准确性。

实践证明，现场测试时，储砂筒中砂面高度和重量与室内标定时保持一致，大大提高了检测数据的准确性。

（２）标定罐深度对量砂密度的影响
通过试验结果发现标定罐深度每减1cm，砂密度大约降低1.2%。

可见其深度不同对砂密度影响较大。

因此，现场试洞深度应尽量与室内标定罐深度一致。

（３）砂的颗粒级配组成对量砂密度的影响
不同颗粒粒径组成的砂，其级配不同，密度也明显不同，故每次检测使用时量砂必需采用标准砂（0.30～0.60mm 或0.25～0.50mm），而且要保持砂的洁净干燥。

由上述可见，储砂筒砂面高度、砂的总重、标定罐深度、砂的颗粒组成等均在一定程度上影响量砂的密度。

量砂密度标定准确与否，也将影响路基压实度的检测精度。

所以，在进行路基压实度检测之前，标定工作不容忽视，必须引起足够的重视。

4 现场检测注意事项
4.1 现场测试时，储砂筒中砂面高度和重量与室内标定时保持一致。

4.2 尽量使用基板，确保试验精度。

4.3 尽量使检测表面光滑平整。

现场测试完后，要检查灌砂筒底板、基板与地面之间是否有砂子漏出，如有要将其单独清出，称其质量，计算密度时应扣除这部分质量。

4.4 使用进行回收的量砂，下次使用前必需过筛洗净、烘干，并放置足够的时间，使其与标定时的洁净、干潮状况一致。

4.5 现场含水量检测，通过烘干法与酒精法（淹没集料出现自由液面，燃烧三次）对比，其结果不超过1％，证明是可行的。

但要注意的是所用酒精纯度必须要达到95％，劣质酒精不但不能充分燃烧反而会变成水份，影响检测结果。

4.6 试坑深度应尽量等于标定时深度，坑壁笔直，上下口直径相等，避免上大下小或上小下大。

灌砂法检测路基压实度技术要点
一、路基检测方法概述
保证路基应有强度和稳定性的一项最经济有效的技术措施是路基压实，而现场路基压实的质量通常用压实度来衡量。

路基压实度的检测有环刀法、灌砂法、核子密度仪法等试验方法，而灌砂法是路基压实度检测中最常用的试验方法，适用于现场测定细粒土、砂类土和砾类土的密度。

灌砂法虽简单易学，但影响测试结果的因素较多，如果掌握不好，容易引起较大误差或错误。

如何保证灌砂法检测路基压实度的精度，作者结合近几年在几条公路上的实践经验对这方面进行了分析与探讨。

二、土的最大干密度的确定
压实度就是土在压实后达到接近最大干密度的程度，施工压实度公式：
K=ρd /ρc ×100
式中：K——测设地点的施工压实度（％）；
ρd——试样的干密度（g/cm3）；
ρc——由击实试验得到的试样的最大干密度（g/cm3）。

试样最大干密度ρc 的值通过击实试验方法来确定，而且土质不同它的值也不相同。

（一）击实试验方法的选取
《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）中明确规定，路基压实度以重型击实试验法为准。

现在各国使用的击实试验方法分为轻型击实试验法和重型击实试验法，两种击实试验法的差异主要是击实功能的差别，重型击实试验法的单位击实功比轻型击实试验法要提高4.5倍，这样对同样的土质来讲，采用重型击实试验法时其最大干密度提高（经试验一般可提高6％～20％）。

但有的施工单位却仍使用轻型击实试验法，这样得出的最大干密度值比实际要小，导致计算得到的压实度值偏大。

（二）不同类土最大干密度的确定
不同性质的土其最大干密度差别很大，因此应严格按规范中相关规定来确定不同土类、不同取土场的土的最大干密度。

有些施工单位及监理单位为了省事，施工段中仅用一个或极少数几个最大干密度值，当用土数量、土类发生变化和取土场更换时也不去重新做击实试验来确定该类土的最大干密度，而是仍采用原来的试验值，这样所选取的最大干密度已经没有了代表性，从而使计算得到的压实度不能真正反映实际压实质量。

三、灌砂筒的选用
施工中用灌砂法测定压实度时，应符合下列规定：
1．当集料的最大粒径小于13.2mm，测定层的厚度不超过150mm时，宜采用φ100mm 的小型灌砂筒测试。

2．当集料的最大粒径等于或大于13.2mm，但不大于31.5mm，测定层的厚度不超过200mm时，应用φ150mm的大型灌砂筒测试。

3．如集料的最大粒径超过31.5mm，则应相应地增大灌砂筒和标定罐的尺寸，灌砂筒的直径以200mm或大于200mm为宜。

目前市面上只有φ150mm的大型灌砂筒和φ100mm的小型灌砂筒两种，工地上普遍应用φ150mm的灌砂筒，它的测深为150mm，其所测压实度仅为这150mm的压实度。

但是近几年压实机械压实功能增大，相应的压实层厚度往往超过200mm左右，而且路基填方如为砾类土，最大粒径往往超过31.5mm，如果再继续用φ150mm的灌砂筒测出的压实度结果的准确性就可想而知了，这就需要相关部门制定出新的灌砂筒标准来适应各种路基填料的要求。

四、量砂松方密度的标定
（一）储砂筒中砂面高度、砂的总重对量砂密度的影响
《公路土工试验规程》中对筒内砂的高度和质量都做了明确规定。

筒内砂的高度与筒顶的距离不超过15mm，原因是不同高度的砂，其下落速度不同，因而灌进标定罐内砂的密实程度也不同，这就直接影响了量砂的密度。

因此，储砂筒中砂面高度必须严格控制。

另外，筒内砂的质量准确至1g，每次标定及以后的试验都维持这个质量不变，因为标定时，只要砂总重相同，即砂的自重一样，显然其下落速度也能保持一致，从而提高量砂使用的准确性。

实践证明，现场测试时，储砂筒中砂面高度和重量与室内标定时保持一致，大大提高了检测数据的准确性。

（二）标定罐深度对量砂密度的影响
砂的密度随着标定罐深度的变化其数值有较明显的变化。

《公路土工试验规程》中说明：标定罐深度减少2.5cm，砂的密度约降低1％。

现在假定土样最大干密度为1.78g/cm3，灌砂筒和砂的总质量为7000g，锥体及基板和粗糙面间砂的总质量为850g，灌砂后筒和砂的质量为3100g，湿土重4000g，含水量10％，如果采用20cm标定罐标定的砂的密度1.433g/cm3，得出碾压层的压实度为96.0％，如果采用15cm标定罐来标定砂的密度，其数值应该是1.405g/cm3，那么，此时压实度为94.1％。

由此看来，对于同一个试坑，采用不同标定罐标
定的砂密度，对压实度数值产生了较大影响。

因此，现场试洞深度应与室内标定罐深度一致。

（三）量砂的颗粒级配组成对量砂密度的影响
不同颗粒粒径组成的砂，其级配不同，密度也明显不同，故每次检测使用时量砂必须采用粒径0.25～0.50mm 或0.30～0.60mm的标准砂，而且要保持砂的洁净干燥，如果重复使用时一定要注意晾干，筛除杂质，并且经常标定，否则影响量砂的松方密度。

由上述可见，储砂筒砂面高度、砂的总重、标定罐深度、砂的颗粒组成等均在一定程度上影响量砂的密度。

量砂密度标定准确与否，将影响路基压实度的检测精度。

所以，在进行路基压实度检测之前，标定工作不容忽视，必须引起足够的重视。

五、现场检测注意事项
（一）试坑数量、位置、深度、形状的选择
1．检测点数量。

施工单位在完成每一压实层后应该首先自检，自检频率按照技术规范的规定进行全频率试验。

依据《公路路基施工技术规范》中的规定：检验频率为每1000m2至少检验2点，不足1000m2时检验2点，必要时可根据需要增加检测点。

灌砂法检测每点需要操作时间约15min，如果以报检宽度为30m 的路基为例，即使每天只报检500m，每天的报检面积为15000m2，需要检测点数为30个点，需要时间约为7.5h，仅仅自检的现场操作就需要如此漫长的时间，如果再加上现场监理抽检时间，那就更长，这就需要现场监理、施工单位自检和抽检一块进行。

2．试坑的位置。

检测点地表面处理要平，只要表面凸出一点（即使1mm），使整个表面高出一薄层，其体积便算到试坑中去了，将影响试验结果，因此除非非常的平，否则应先放上基板测定一次粗糙表面消耗的量砂。

必须注重对薄弱点的检测，由于工程结构的特殊性，一般路基中间部位的压实度较两侧接近路边缘处压实度高，所以加强对路基边部的检测也是非常必要的。

3．试坑的深度。

按照《公路路基路面现场测试规程》要求，试坑的深度应该等于测定层的厚度，但不得有下层材料混入。

一般情况下每压实层厚度约为15cm，所以试坑深度也应该为15cm。

由于现场操作时，挖坑这道工序往往由工地务工人员完成，其挖坑深度经常达不到要求。

压路机在碾压过程中其应力分布呈倒三角形，所以就每一压实层而言，越向下的部位其压实度越小。

因此，坑的深度不够，将导致测得的压实度值偏大。

4．试坑的形状。

试坑的形状应该是圆柱体，坑洞周壁应竖直，但实际操作中会出现上大下小或上小下大的情形，这样形状的试坑导致测得的压实度值偏大或偏小。

（二）土的含水量的测定
含水量试验最准确的方法是烘干法，在测定中粒土和粗粒土的含水量时，不能仅取其中的细粒土，因为它无代表性。

用酒精法测含水量与土类有关，因该种方法测含水量会由于将土壤中的有机质燃烧掉而产生误差，另外，潮湿的黏性土难于粉碎，也使酒精法的精度降低。

路基经过风吹日晒，路基表面含水量偏低，所以，在做含水量时，应将试坑内取出的土壤迅速均匀搅拌，然后再测含水量。

在凿洞过程中，应随时将凿松的土取出装入塑料袋中，不使水分蒸发。

六、结语
文章对灌砂法技术要点的提出，从根本上解决了压实度检测结果的不准确性，对提高路基压实度检测的精确度，加强路基压实度监控将起到重要作用。