原位密度檢測灌水法的改進(jìn)探討

鄧錦南，覃世旭

（廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院 廣西水工程材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530023）

灌水法廣泛應(yīng)用于粗粒土、沙礫土的原位密度檢測。原理簡單、試驗(yàn)便利，相對于灌砂法，水源比標(biāo)準(zhǔn)砂更容易獲取，且在粗粒石的原位密度檢測時，由于空隙較大不適合采用灌砂法檢測，而灌水法不受限制。在實(shí)際檢測過程中，發(fā)現(xiàn)灌入試坑中水的體積不容易精確把控，造成與實(shí)際試坑體積偏差大，導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差較大?，F(xiàn)就針對灌水法檢測中體積偏差大的問題進(jìn)行檢測方法改進(jìn)研究，降低檢測中的體積誤差，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 灌水法原位密度檢測原理

土樣的灌水法原位密度檢測，主要是在測點(diǎn)開挖試坑，稱量試坑挖出來的土樣質(zhì)量，利用水的流動性將水灌滿試坑，測量灌入試坑水的體積得到試坑的體積，根據(jù)密度公式ρ＝m/V（密度=質(zhì)量/體積），計(jì)算出原位濕密度；再通過挖出來的土樣測量其含水率，由濕密度和含水率計(jì)算出測點(diǎn)的干密度。

2 改進(jìn)前的灌水法

2.1 試驗(yàn)的主要儀器

試驗(yàn)所用的儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：直徑應(yīng)均勻，并附有刻度的儲水筒；稱量20 kg，分度值5 g的臺秤；稱量50 kg，分度值10 g的臺秤；聚乙烯塑料薄膜；鏟土工具、水準(zhǔn)尺、直尺等。所有計(jì)量儀器均經(jīng)過計(jì)量檢定，合格，均在檢定有效期內(nèi)。

2.2 檢測步驟

將測點(diǎn)處的地面整平，并用水準(zhǔn)尺檢查；應(yīng)按規(guī)定確定試坑尺寸，按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線，在輪廓線內(nèi)下挖至要求的深度。將坑內(nèi)的試樣裝入盛土容器內(nèi)，稱試樣質(zhì)量m0，取有代表性的試樣測定含水率ω；試坑挖好后，放上相應(yīng)尺寸的套環(huán)，并用水準(zhǔn)尺找平，將大于試坑容積的塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼（見圖1）；記錄儲水筒內(nèi)初始水位高度Ht1，擰開儲水筒內(nèi)的注水開關(guān)，將水緩慢注人塑料薄膜中。當(dāng)水面接近套環(huán)上邊緣時，將水流調(diào)小，直至水面與套環(huán)上邊緣齊平時關(guān)閉注水開關(guān)，不使套環(huán)內(nèi)的水溢出；持續(xù)3～5 min，記錄儲水筒內(nèi)水位高度Ht2，測量出儲水桶的截面積Aw和套環(huán)的體積Vth。

圖1 灌水法密度試驗(yàn)

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）試坑體積Vsk按公式Vsk＝（Ht1－Ht2）Aw－Vth計(jì)算。

（2）濕密度ρ按公式ρ=m0/Vsk計(jì)算，計(jì)算至0.01 g/cm3。

（3）干密度ρd按公式ρd=ρ/（1+0.01ω）計(jì)算，計(jì)算至0.01 g/cm3。

3 改進(jìn)的灌水法

3.1 試驗(yàn)的主要儀器

試驗(yàn)所用的儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：直徑應(yīng)均勻，并附有刻度的儲水筒；稱量20 kg，分度值5 g的臺秤；稱量50 kg，分度值10 g的臺秤；聚乙烯塑料薄膜；鏟土工具、水準(zhǔn)尺、直尺等；改進(jìn)的套環(huán)（見圖2）。所有計(jì)量儀器均經(jīng)過計(jì)量檢定，合格，均在檢定有效期內(nèi)。

圖2 改進(jìn)的套環(huán)

對套環(huán)進(jìn)行改進(jìn)：將套環(huán)直徑加大，比試坑直徑大10～20 cm，增加1 個水位控制器，插在套環(huán)上部。套環(huán)應(yīng)比試坑稍大，高度大于10 cm。套環(huán)內(nèi)壁中部畫上細(xì)線作為刻度。套環(huán)外壁底部設(shè)置3個帶孔的支撐腳（地釘），試驗(yàn)時插上地釘防止晃動。

3.2 檢測步驟

在測點(diǎn)處整平后裝上套環(huán)，插上地釘固定好后，將大于套環(huán)容積的塑料薄膜沿套環(huán)底部和內(nèi)壁緊密相貼，插上水位控制器；記錄儲水筒內(nèi)初始水位高度H1，將儲水桶內(nèi)的水緩慢灌入套環(huán)的薄膜上，使薄膜貼合地面和內(nèi)壁，直至水面與水位控制器接觸，不使套環(huán)內(nèi)的水溢出，記錄儲水筒內(nèi)水位高度H2；取走薄膜，薄膜內(nèi)的水不能灑入試坑，按規(guī)定在套環(huán)內(nèi)確定試坑尺寸，按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線在輪廓線內(nèi)下挖至要求的深度。將坑內(nèi)的試樣裝人盛土容器內(nèi)，稱試樣質(zhì)量m0，取有代表性的試樣測定含水率ω，避免砂土丟失。將大于試坑容積的塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼，在原來的位置插上水位控制器；記錄儲水筒內(nèi)初始水位高度H3，擰開儲水筒內(nèi)的注水開關(guān)，將水緩慢注人塑料薄膜中。直至水面與水位控制器接觸，記錄儲水筒內(nèi)水位高度H4。測量出儲水桶的截面面積Aw。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）試坑體積Vsk按公式Vsk＝（H3－H4）Aw－（H1－H2）Aw計(jì)算。

（2）濕密度ρ按公式ρ=m0/Vsk計(jì)算，計(jì)算至0.01 g/cm3。

（3）干密度ρd按公式ρd=ρ/（1+0.01ω）計(jì)算，計(jì)算至0.01 g/cm3。

4 討論

灌水法檢測的過程中，主要通過質(zhì)量、體積和含水率3 個值來計(jì)算，土樣質(zhì)量和含水率比較容易控制，而試坑體積測量不容易把控，主要原因是現(xiàn)場條件復(fù)雜，土樣材料多樣，粒徑較大，試驗(yàn)前的試坑整平難以規(guī)范，改進(jìn)后的灌水法是通過兩次體積差求得試坑體積，即第一次灌水測量鐵環(huán)內(nèi)原地面到水位控制線的體積和第二次灌水測量的試坑底部到原水位控制線的體積差值，把多種原因造成的體積誤差消除，得到比較接近的試坑真實(shí)體積。

4.1 改進(jìn)后灌水法注意事項(xiàng)

（1）薄膜選用韌性好，抗刺破性能強(qiáng)，試驗(yàn)時要貼緊坑壁、底和鐵環(huán)內(nèi)壁。

（2）套環(huán)一定要固定好不得挪動，灌水時不得將儲水桶壓在套環(huán)上，避免套環(huán)挪動和薄膜損壞。

（3）不得漏水到試坑內(nèi)，影響試坑內(nèi)的土樣質(zhì)量。（4）開挖試坑時，試坑內(nèi)的土樣不得丟失。

（5）水位控制器兩次安裝必須在同一位置，保證兩次灌入水位高度相同。

4.2 改進(jìn)后灌水法控制要點(diǎn)

（1）電子臺秤在戶外使用受到影響因素多，準(zhǔn)確度容易受到影響。在稱量土樣時要控制好臺秤穩(wěn)定在水平狀態(tài)，稱量的質(zhì)量宜控制在臺秤量程的20%～80%之間，保證稱量的準(zhǔn)確度。

（2）挖試坑時要注意試坑的完整性，盡量將試坑內(nèi)凹凸不平的石頭剔除，保持平順完整，這樣薄膜更能充分緊貼坑壁的每個角落，使得灌入試坑的水體積更接近試坑的體積。

（3）試坑直徑不宜小于最大粒徑的3 倍，試坑尺寸要求見表1。

表1 試坑尺寸與相應(yīng)的最大粒徑mm

5 結(jié)語

密度控制是土石方回填施工質(zhì)量控制的主要手段。施工過程中，在現(xiàn)場進(jìn)行土石方回填原位密度檢測，檢測過程中的誤差導(dǎo)致檢測結(jié)果偏差往往影響到施工質(zhì)量控制，針對灌水法原位密度檢測誤差大的特性進(jìn)行研究，找出對其準(zhǔn)確性造成影響的因素以及產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上對灌水法進(jìn)行改進(jìn)，提高密度檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，為土石方回填施工質(zhì)量控制提供依據(jù)。