灌砂法在粉砂土路基压实度检测中的应用研究

在公路工程建设过程中，压实度是衡量路基填料被压实程度的关键指标，对路基质量具有决定性影响。在各种路基材料中，粉砂土是一种比较特殊的材料，由于其最佳含水量范围窄，控制难度大，压实效果不易把握，常因压实度不足而使路基变形，进而影响公路寿命[1]。检测路基压实度的方法有灌砂法、环刀法、核子密度仪法等多种，其中灌砂法应用广泛，检测精度较高，但检测操作难度较大，检测速度较慢[2]。为了有效控制粉砂土路基质量，对灌砂法检测路基压实度检测提出了较高要求，因此本文进行了研究。

1 灌砂法检测路基压实度的原理与方法

1.1 检测原理

利用粒径 0.30～0.60mm 或 0.25～0.50mm 的清洁干燥量砂置换试洞中的填料，通过测量试洞容积和填料含水量，就可以计算出试洞中填料的干密度，进而推算出路基的压实度[3]。置换是利用量砂以设定高度和流速落到挖好的试洞中，量砂就会等体积置换试洞中的填料。

1.2 检测方法

1.2.1 准备工作

准备灌砂筒、量砂、标定罐、基板、天平、玻璃板、直尺、铝盒、烘箱、小铲、凿子、铁锤、毛刷、水平尺等设备工具。选择有代表性的测试点，清理表面浮土杂物。放置基板在测试点上并固定。

1.2.2 储砂筒下部圆锥体内砂质量标定

将灌砂筒放在平整的地面上，开阀门放出里面的砂，砂停止流出后关闭阀门，称取灌砂筒和砂的总质量（ ）。在灌砂筒下部放一块基板，开阀门让砂流入基板圆孔内，砂停止流出后关闭阀门，称取灌砂筒和剩余砂的总质量（ m₂ ）。灌砂筒下部圆锥体内砂质量m_∗/μ=m₁-m_2< 。

1.2.3 量砂密度标定

用 20% 清水校准标定罐容积 （V ）。在灌砂筒内填充量砂，下面放置标定罐，使量砂流入标定罐内，称量标定罐填充量砂前后质量差为量砂质量（ ），量砂密度 。

1.2.4 现场测试

在路基上随机选取检测点，用毛刷清扫表面，划出试坑范围。放置基板，并将灌砂筒放在基板中心孔上，灌砂筒内装有量砂（ m_l ）。打开阀门，让量砂流入基板中心孔内。量砂停止流动后关闭阀门，取出灌砂筒，称取储砂筒中剩余量砂质量（ m₅ ）。拿走基板及残留量砂，用毛刷清扫干净。再放回基板，并沿基板中心圆孔向下垂直挖掘试洞，洞直径与灌砂筒直径一致，深度等于压实层厚度。挖出的土样放入铝盒中，称取质量（ m_w ）。从挖出的土样中选取有代表性的样品装入铝盒，称取铝盒 + 湿样重后放入 105～110^∘C 烘箱中烘干 24 小时，再称取铝盒 + 干样重，可计算湿土样的含水率（ w ）。将灌砂筒装满量砂至要求质量（ m_l ），再将其固定在试洞上方，打开阀门让量砂流入试洞。砂停止流动后，关闭阀门。取走灌砂筒，称取灌砂筒和剩砂质量 （m₅） ）。

1.2.5 计算

2 灌砂法在粉砂土路基压实度检测中的实际应用

2.1 概况

公路项目全长约 9km ，主要为粉砂土路段。因粉砂土作为路基填料压实困难，故对土的工程性质、压实特性等进行了研究。

2.2 土的工程性质

筛分法试验的土颗粒分布如下： 5mm 筛通过率为 100.0% ， 2mm 筛通过率为 97.0% ， 1mm 筛通过率为 80.2% ， 0.5mm 筛通过率为 69.6% ，0.25mm 筛通过率为 58.5% ， 0.074mm 筛通过率为 43.9% ， 0.05mm 筛通过率为 42.0% ， 0.005mm 筛通过率为 12.2%，0.002mm 筛通过率为 6.5% 。物理、水理性质试验结果如下：天然含水率为 22.1% ，液限为 46.6% ，塑限为 32.8% ，塑性指数为 13.8，自由膨胀率为 5% ，比重为 2.615 此土为典型粉砂土， 0.25～2mm 颗粒占比低，颗粒骨架效应弱，且天然含水率高，碾压时较易形成“弹簧土”。

2.3 土的压实特性

通过击实实验测得此土最佳含水率为 10.6% ，最大干密度ρ_c=1.82g/cm³ 。最佳含水率远低于天然含水率，故需强制翻晒降水，才能达到 95% 以上的压实度。但低含水率碾压，颗粒间润滑不足，易形成表层松散、内部块状结构，难以达到设计压实度。

2.4 压实度检测

2.4.1 设备与材料准备

灌砂筒选用 Φ150mm 筒。量砂采用 0.25～0.50mm 的石英砂。称量设备分别选用量程 gtrsim10kg （精度 0.1g ）和量程 ⩾500g （精度 0.01）的电子天平，前者用于称量砂和土，后者用于含水率测试。标定罐采用内径 150mm 的金属罐。基板边长 400mm ，中孔 Φ150mm 。其他设备见本文 1.2.1 小节。

2.4.2 储砂筒下部圆锥体内砂质量标定按本文 1.2.2 标定锥体内砂质量。重复 3 次取平均值得 m_##：=673g 。

2.4.3 量砂密度标定

按本文 1.2.3 小节标定量砂密度。其中 V=2650cm³ ，重复 3 次取平均值得 ρ_s=1.45g/cm³ 。

2.4.4 现场测试

随机选取测试点，每 1000m² 不少于 3 个点。本例选择 3 个测试点，命名为测试点 1、测试点 2 和测试点 各测试点清扫干净，将基板固定于测试点。垂直挖掘试洞，直径 150mm ，深度 150mm 。挖出试洞中土，测量湿土质量。从湿土中随机取样 20～30g 装入铝盒，测量含水率。随后安装灌砂筒、基板等，灌砂操作，获取灌入试洞中量砂的质量。本例中，测试点 1、测试点 2 和测试点 3 的试洞中挖出湿料质量分别为 5150g 、 5300g 、 5050g ，测出含水率分别为 10.9% 、 10.6% 、9.8% ，试洞中灌入量砂质量分别为 3900g 、 3950g 、 3800g ，计算试洞体积分别为 2689cm³ 、 2723cm³ 、 2620cm³ 。

2.4.5 计算密度和压实度

按本文 1.2.3 小节公式计算湿密度、干密度和压实度。本例中，测试点 1、测试点 2 和测试点 3 湿密度分别为 1.92g/cm³ 、 1.95g/cm³ 、1.93g/cm³ ，干密度分别为 1.73g/cm³ 、 1.76g/cm³ 、 1.75g/cm³ ，压实度分别为 94.9% 、 96.7% 、 96.4% 。

2.4.6 结果分析

测试点 2 和测试点 3 压实度均高于设计要求（ ⩾95% ），表明碾压效果良好；测试点 1 略低于标准，存在局部压实不足问题。应加强翻晒，增加薄弱区域碾压遍数，并在翻晒后实时监测含水率。对于碾压工艺，尽量重型振动压路机，合理确定碾压参数，以改善粉砂土压实性能。

3 结语

粉砂土黏粒含量较低，对含水率极为敏感，作为路基填料压实有一定困难。本文案例表明，优选翻晒、碾压工艺，多数测试点压实度满足设计要求，但也存在局部含水率控制不当导致压实度略低的结果，应加强含水率控制、规范检测流程，以确保粉砂土路基压实质量符合公路工程要求。

参考文献：

[1]杨洋.灌砂法在粉砂土路基压实度检测中的应用[J].北方交通，2024（7）：22-25.

[2]李丙桥.不同压实度检测方法在道路路基压实度检测中的应用[J].建筑工程技术与设计， 2022（36）：55-57.

[3]严耀国.灌砂法在公路路基压实度试验检测中的应用[J].大科技，2024（42）：73-75.