原位密度检测灌水法的改进探讨

邓锦南，覃世旭

（广西壮族自治区水利科学研究院 广西水工程材料与结构重点实验室，南宁 530023）

灌水法广泛应用于粗粒土、沙砾土的原位密度检测。原理简单、试验便利，相对于灌砂法，水源比标准砂更容易获取，且在粗粒石的原位密度检测时，由于空隙较大不适合采用灌砂法检测，而灌水法不受限制。在实际检测过程中，发现灌入试坑中水的体积不容易精确把控，造成与实际试坑体积偏差大，导致检测结果误差较大。现就针对灌水法检测中体积偏差大的问题进行检测方法改进研究，降低检测中的体积误差，提高检测结果的准确性。

1 灌水法原位密度检测原理

土样的灌水法原位密度检测，主要是在测点开挖试坑，称量试坑挖出来的土样质量，利用水的流动性将水灌满试坑，测量灌入试坑水的体积得到试坑的体积，根据密度公式ρ＝m/V（密度=质量/体积），计算出原位湿密度；再通过挖出来的土样测量其含水率，由湿密度和含水率计算出测点的干密度。

2 改进前的灌水法

2.1 试验的主要仪器

试验所用的仪器设备应符合下列规定：直径应均匀，并附有刻度的储水筒；称量20 kg，分度值5 g的台秤；称量50 kg，分度值10 g的台秤；聚乙烯塑料薄膜；铲土工具、水准尺、直尺等。所有计量仪器均经过计量检定，合格，均在检定有效期内。

2.2 检测步骤

将测点处的地面整平，并用水准尺检查；应按规定确定试坑尺寸，按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求的深度。将坑内的试样装入盛土容器内，称试样质量m0，取有代表性的试样测定含水率ω；试坑挖好后，放上相应尺寸的套环，并用水准尺找平，将大于试坑容积的塑料薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴（见图1）；记录储水筒内初始水位高度Ht1，拧开储水筒内的注水开关，将水缓慢注人塑料薄膜中。当水面接近套环上边缘时，将水流调小，直至水面与套环上边缘齐平时关闭注水开关，不使套环内的水溢出；持续3～5 min，记录储水筒内水位高度Ht2，测量出储水桶的截面积Aw和套环的体积Vth。

图1 灌水法密度试验

2.3 试验数据分析

（1）试坑体积Vsk按公式Vsk＝（Ht1－Ht2）Aw－Vth计算。

（2）湿密度ρ按公式ρ=m0/Vsk计算，计算至0.01 g/cm3。

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

3 改进的灌水法

3.1 试验的主要仪器

试验所用的仪器设备应符合下列规定：直径应均匀，并附有刻度的储水筒；称量20 kg，分度值5 g的台秤；称量50 kg，分度值10 g的台秤；聚乙烯塑料薄膜；铲土工具、水准尺、直尺等；改进的套环（见图2）。所有计量仪器均经过计量检定，合格，均在检定有效期内。

图2 改进的套环

对套环进行改进：将套环直径加大，比试坑直径大10～20 cm，增加1 个水位控制器，插在套环上部。套环应比试坑稍大，高度大于10 cm。套环内壁中部画上细线作为刻度。套环外壁底部设置3个带孔的支撑脚（地钉），试验时插上地钉防止晃动。

3.2 检测步骤

在测点处整平后装上套环，插上地钉固定好后，将大于套环容积的塑料薄膜沿套环底部和内壁紧密相贴，插上水位控制器；记录储水筒内初始水位高度H1，将储水桶内的水缓慢灌入套环的薄膜上，使薄膜贴合地面和内壁，直至水面与水位控制器接触，不使套环内的水溢出，记录储水筒内水位高度H2；取走薄膜，薄膜内的水不能洒入试坑，按规定在套环内确定试坑尺寸，按确定的试坑直径划出坑口轮廓线在轮廓线内下挖至要求的深度。将坑内的试样装人盛土容器内，称试样质量m0，取有代表性的试样测定含水率ω，避免砂土丢失。将大于试坑容积的塑料薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴，在原来的位置插上水位控制器；记录储水筒内初始水位高度H3，拧开储水筒内的注水开关，将水缓慢注人塑料薄膜中。直至水面与水位控制器接触，记录储水筒内水位高度H4。测量出储水桶的截面面积Aw。

3.3 试验数据分析

（1）试坑体积Vsk按公式Vsk＝（H3－H4）Aw－（H1－H2）Aw计算。

（2）湿密度ρ按公式ρ=m0/Vsk计算，计算至0.01 g/cm3。

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

4 讨论

灌水法检测的过程中，主要通过质量、体积和含水率3 个值来计算，土样质量和含水率比较容易控制，而试坑体积测量不容易把控，主要原因是现场条件复杂，土样材料多样，粒径较大，试验前的试坑整平难以规范，改进后的灌水法是通过两次体积差求得试坑体积，即第一次灌水测量铁环内原地面到水位控制线的体积和第二次灌水测量的试坑底部到原水位控制线的体积差值，把多种原因造成的体积误差消除，得到比较接近的试坑真实体积。

4.1 改进后灌水法注意事项

（1）薄膜选用韧性好，抗刺破性能强，试验时要贴紧坑壁、底和铁环内壁。

（2）套环一定要固定好不得挪动，灌水时不得将储水桶压在套环上，避免套环挪动和薄膜损坏。

（3）不得漏水到试坑内，影响试坑内的土样质量。（4）开挖试坑时，试坑内的土样不得丢失。

（5）水位控制器两次安装必须在同一位置，保证两次灌入水位高度相同。

4.2 改进后灌水法控制要点

（1）电子台秤在户外使用受到影响因素多，准确度容易受到影响。在称量土样时要控制好台秤稳定在水平状态，称量的质量宜控制在台秤量程的20%～80%之间，保证称量的准确度。

（2）挖试坑时要注意试坑的完整性，尽量将试坑内凹凸不平的石头剔除，保持平顺完整，这样薄膜更能充分紧贴坑壁的每个角落，使得灌入试坑的水体积更接近试坑的体积。

（3）试坑直径不宜小于最大粒径的3 倍，试坑尺寸要求见表1。

表1 试坑尺寸与相应的最大粒径mm

5 结语

密度控制是土石方回填施工质量控制的主要手段。施工过程中，在现场进行土石方回填原位密度检测，检测过程中的误差导致检测结果偏差往往影响到施工质量控制，针对灌水法原位密度检测误差大的特性进行研究，找出对其准确性造成影响的因素以及产生误差的环节，在此基础上对灌水法进行改进，提高密度检测结果准确性，为土石方回填施工质量控制提供依据。