灌砂法在公路路基试验检测中的应用研究

(河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

路基是公路的基础，承受着自身的岩土重量和路面重力及通过路面传递的行车荷载，是整个公路结构中最为重要的一部分。压实度是检验路基状况的主要指标，若压实度不足，极易影响路基稳定性，甚至产生更大危害，因此，检测路基压实度具有重大意义。当前，已有很多试验检测方法用于路基压实度检测，如灌砂法、环刀法等，这些检测方法各有优缺点，其中最常见的为灌砂法，可以准确、快速、全面将路基压实质量反映出来，因此，做好灌砂法试验检测研究是公路建设发展的迫切要求。

1 灌砂法的基本原理

当前，在很多工程路基压实度检测中都会采用灌砂法，一般可用于细粒土、砂类土、砾类土密度的现场测定。5～6 mm为试样最大粒径范围，150～200 mm为密实层厚度范围。但在填石路堤等大孔隙材料压实度检测不太实用。灌砂法的基本原理是从一定高度将洁净的均匀砂(0.25～0.50 mm、0.30～0.60 mm)自由下落到试验洞中，根据单位重不变的原理进行试验洞的溶积进行测量，换言之，通过标准砂进行试洞内集料的置换，且与集料含水量结合，从而将试样内的实测干密度测算出来。一般情况下，在粗粒土密度检测中也可采用灌砂法。

2 影响灌砂法在公路路基试验检测中应用的因素

2.1 选点及检测频率

选点合理，才能保证测定的压实度准确。须在合理范围内控制选点数量，若选点数量不足，极易造成试样不具代表性的情况，从而不能真实、准确地反映路基压实度。相反，当选点数量太多的情况下，则会造成人力、物力、财力的浪费，严重影响工作效率。

2.2 干密度最大值

利用室内标准击实试验可获取干密度极限值，通常也会遇到试验结果和实际测量结果存在偏差较大的情况，这种情况下，势必会影响压实度检测结果的准确性。在室内标准击实试验中，应由施工方和监理方共同进行取样，选择具有代表性的点作为试点，并对各试点进行对比试验，提高干密度最大值的准确度。

2.3 试坑深度

根据现行公路路基现场测试规程相关规定，试坑深度应与测定层厚度一致，且不允许混入下层材料。通常情况下，20 cm为每层压实厚度，因此，可选择20 cm作为试坑深度。在现场施工中极易出现挖坑深度不足现象，碾压时压路机的应力主要呈倒三角形分布，因此，就每层压实度来讲，下部压实度永远小于上部压实度。为此，若挖坑深度不足，必定会影响压实度测量结果。因此，必须重视挖坑深度问题，尽可能满足标定深度，确保坑壁笔直，不会出现上下不一情况，按照以往经验，多选择15 cm为试洞深度。若以此深度检测基本上可达到规定要求，且能够将测定层压实度很好地反映出来，可进一步提升检测效率。

2.4 灌砂时间

灌砂结束时间为边缘处标准砂停止流动10～20 s时停止，一般砂子都是从中心流动再扩散到边缘处，由于不能直接观察到中心处砂的流动趋势，若提前停止灌砂，很可能出砂灌入量不足现象，进而影响压实度测量结果。

3 工程概况

某公路工程全长15.7 km，东西走向，经实地勘察可知，本地区土质条件不好，且具有较高地下水位。为此，决定采用良好级配的回填土用于路基底基层。根据现场施工情况，决定分层压实，20 cm为每层松铺厚度，通过光面压路机(12～15 t)进行碾压施工，从而满足施工规范要求。

由室内击实试验可得2.14 g/cm3为填料最大干密度，8.0%为最佳含水率。按照公路基层压实度相关规范要求，路基压实度应在95%以上。为了确保路基压实度满足施工要求，选择K2+100～K2+320段为试验段，每隔20 m随机选点，通过灌砂法进行路基压实度测定，并分析试验结果。

4 试验方法及结果分析

4.1 试验方法

本试验以K2+100～K2+320段为试验段，按照K2+100～K2+200、K2+220～K2+320，每段100 m分2组完成试验，每组取测点6个，碾压遍数以6遍、8遍、10遍进行碾压。通过灌砂法在施工现场将每一个试样的密度测定出来，并取样。随后在恒温烘箱内进行12 h烘干，并进行试样含水率计算，从而得出试样的压实度、干密度。

4.2 试验结果分析

根据试验计算结果，可得出各个试样的密度、含水率、干密度、压实度，具体如表1所示。

由此可得，桩号K2+100～K2+200段的试样平均密度为2.17 g/cm3；桩号K2+220～K2+320段的试样平均密度为2.25 g/cm3。结合表1所得试样密度、含水率等数据，通过最小二乘法进行曲线拟合。通过曲线图可知，随压实遍数从6遍增至10遍的过程中，试样的平均密度也在随之增加，同时路基压实度也随之提升。基于此，在工程试验中，为增加压实功能，可采用大吨位压路机，或增加压实遍数，从而提升压实效果，达到增强路基强度的目的。但是当压实遍数达到10遍时，压实度出现了超100%现象，即K2+320试样压实度为101.8%，表明现场压实功能在室内压实试验的击实功以上，进而影响试样干密度。

表1 试验结果表

本试验段的含水率平均值约为7.5%，随着压实遍数的增加，含水率有所下降。原因在于相比室内击实试验测量的最佳含水率，天然土的含水率往往略低，加之室外施工受温度影响，含水率也会有所降低。但是从表1可以明显看出在K2+120段时含水率达到了10.65%，且该试样的密度最小，仅为1.94 g/cm3，因此压实度也有所下降，为90.6%。产生这种问题的根本原因在于土壤含水率下降，将会加大土颗粒之间的内摩擦阻力，当压实度达到一定值时，压实功则无法在对土壤变形抗力产生阻力，因此会影响压实所得的密实度。当加大试样含水率后，在颗粒间水可起到润滑效果，从而增大密实度。若含水率增至某一界限以上，同样会降低土壤的内摩擦阻力，但在此阶段土壤内的水量却在不断增多。基于水的不可压缩特点，反而会降低土壤的密实度。通过现场观察可见，在K2+120段周围地势偏低，而且存在较为明显的毛细作用，含水量大。为改变这一现象，可利用晾晒或换填其他填料的方式进行处理。

通过上述分析可得，随压实功能的变化，土的最大干密度、最佳含水率均会随之变化。在压实功能增加时，最大干密度随之增加，但最佳含水率随之下降。这种增加或下降的速率呈递减状态，为此，仅仅依靠增加压实功能的方式来增加土的最大干密度是具有一定局限性的。此外，所有试样中，除K2+120段以外，碾压遍数在6遍及其以上时，单点压实度均在93%以上，为满足规范值95%的要求，碾压遍数定为8遍最为合适。

5 结语

灌砂法是公路路基压实度检测的主要方法之一，其优势在于操作便捷、准确率高，能够真实地反映路基压实度情况。因此，在试验检测当中，必须了解其基本原理，找出影响因素，才能更好地运用此项技术，从而提高检测的精准度，保证公路施工质量。