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浅谈灌砂法检测压实度

[摘要] 本文简要介绍了灌砂法的基本原理,从压实度定义出发,分析了采用灌砂法检测压实度的影响因素,根据笔者的工作经验,总结了灌砂法检测压实度时应注意的一些问题。
        [关键词] 灌砂法;检测;压实度
         在公路建设项目中,压实度是控制工程质量的重要指标之一,《公路工程质量检验评定标准》中赋予路基、路面压实度的权值均为3,可见压实度在工程质量控制中的重要性。压实度检测是工程质量控制的重要手段之一,传统的检测方法主要有灌砂法、环刀法、核子密度仪法、水袋法等。

        在众多的检测方法中,水袋法由于其检测精度等原因应用较少;核子密度仪法只适用于施工现场的快速评定,不宜用作仲裁试验或评定验收的依据,并且由于其特有的工作原理,操作过程中会对人体造成一定的损害,故有一定的局限性;环刀法虽然具有携带方便、操作简单、检测快速等优点,但试样的取样质量过小,影响试验数值的精度和稳定度,进而影响试验结果的代表性;灌砂法因其数值的准确性、操作过程的可控性和结果的可代表性而得到建设各方的认可,成为目前公路建设中应用最为广泛的检测方法。

       1 灌砂法的基本原理

       其原理是利用粒径0.30~0.60mm 或0.25~0.50mm 清洁干净的标准砂,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体积进而得到试坑内填料的湿密度,并根据填料的含水量来推算出该试洞内填料的干密度,通过干密度与在试验室确定的该种材料最大干密度的比值得到该点的压实度。灌砂法主要用于检测细粒土和粗粒土材料的压实度,对填石路堤等有大的孔洞或者大空隙材料不适用。

        2 灌砂筒的选用

        用灌砂法测定压实度时,应根据集料的最大粒径及压实层厚度选用灌砂筒,原则为:1) 试样的最大粒径<15mm、测定层的厚度≤
150mm 时,宜采用φ100mm 的小型灌砂筒;2) 试样的最大粒径≥15mm,但小于40mm,测定层的厚度>150mm,但不超过200mm
时,选用φ150mm 的中型灌砂筒;3) 集料的最大粒径≥40mm 时,选用φ200mm的大型灌砂筒为宜。

        3 选点及取样频率

        3.1 点位的确定

        点位的选取是否适当将直接影响检测评定的结果。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。在日常检测尤其是在质量验收时,应严格按照《公路路基路面现场测试规程》附录A 规定的随机选点的方法确定检测点的位置。

        3.2 取样频率

        由于灌砂法检测压实度过于繁琐,施工单位总是尽量减少检测的点数;而为了有效控制质量,监理单位希望多抽查一些点。笔者根据多年工作经验认为:选点太少,位置不客观,代表性不足,很难反映实际情况;选点太多,不但费时费力,降低工作效率,而且由于试洞较多,往往会破坏结构层整体强度。因此,在实际工作中,我们除了按《公路工程质量检验评定标准》中规定的频率进行选点检测外,必须注重对薄弱点的检测,这样检测结果才能较客观的反映工程质量的实际情况。

        4 影响测试结果的因素

        分析影响灌砂法检测压实度结果的因素首先需明确压实度的含义。压实度是指现场材料压实后的干密度与该材料的标准干密度之比,可用下式表示:


 
        式中:K为测试地点的施工压实度,%;ρc 为由击实试验得到的式样的最大干密度,g/cm3;ρd 为试样的干密度,g/cm3;ρw 为试坑材料的湿密度,g/cm3;w 为试坑材料的含水量,%;mw 为试坑中取出的全部材料的质量,g;mb为填满试坑的砂的质量,g;γs为量砂的单位质量,g/cm3。

        通过对公式进行分析可知:试样的最大干密度在试验室由标准击实试验得到;因此与灌砂法相关的影响因素为试样的干密度。而影响试样干密度的因素为试坑内土样质量及含水量、试坑内标准砂质量、标准砂密度。因此,在压实度检测过程中,操作过程及数据处理应严格按照规范要求进行,否则将降低检测精度甚至出现错误。

        5 检测时应注意的事项

        a.储砂筒内砂面高度、砂的总重、标定罐深度及砂的颗粒组成对量砂密度及锥体质量有一定的影响。《公路土工试验规程》规定储砂筒内砂的高度与筒顶的距离不超过15mm,标定及试验应保持质量不变;标定标准砂密度时,砂的密度随着标定罐深度的减少而降低,因此,现场试洞深度应与室内标定罐深度一致,以减少因量砂密度的改变对压实度的影响;量砂级配不同,密度也明显不同,故检测时量砂必须采用粒径0.25~0.50mm或0.30~0.60mm 的标准砂。
        
        b.选点后,去除表层松散土并处理平整后进行试坑的开挖。开挖试坑时应先中间后边缘,试坑深度要保持足够,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;试坑内径应保持上下一致。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,尽量避免使土样直接暴露于空气中,否则将影响压实度的检测结果。

        c.试坑开挖中遇到细粒土中夹有碎石,则压实度将有可能偏大,甚至出现超密情况。处理的方法为灌砂前把碎石放回试坑内,或者换一个位置进行检测。

        d.含水量的检测是灌砂法检测压实度中至关主要的一步,最准确的方法是烘干法。但在实际工作中,由于工期等原因,更多的是采用现场酒精燃烧法进行含水量的检测。这种方法会将土壤中的有机质燃烧掉而产生误差。首先取样应有代表性;其次就要求酒精的浓度要满足规范要求;第三在酒精燃烧土样的过程中,要防止铝盒内试样“嘣”出铝盒,每一土样至少燃烧三次,直至质量不在发生变化为止;燃烧完成后,两个试样的含水量结果不能超过1%,否则结果无效;最后取两次含水量的平均值为该点含水量的代表值。
 
        e.规范中规定:当试坑中有较大的空隙时应按试坑外形松弛的放一层柔软的纱布,然后灌砂。在实际工作中发现,采用纱布得到的压实度比不用纱布高出3%,因此建议不用纱布。

        f.对数据的处理。为保证结果的准确性,规范规定试样湿密度取三位小数,干密度取两位小数,含水量以百分数表示,取一位小数。

        g.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。

        6 结语

        灌砂法是检测压实度最常用的试验方法之一,此方法看起来简单,但实际操作起来又不易控制,常因小的疏忽导致结果不具有不能代表。这就要求操作人员一方面要深刻理解该实验的基本原理,了解各个步骤的要领和必要性,另一方面要严格、细心的按检测规程操作,只有这样才能取得良好的效果。
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