灌水法大单容密度试验在填筑土勘察中的应用

许汉华，余绍维，刘文连，龚宪伟，槐以高，秦勇光，彭勇胜

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明650051）

在对岩土勘察中填筑土的大单容密度进行现场试验时，灌水法是最常用的一种手段，灌水法适用于粗粒土，在工程建设如尾矿坝、提防填筑、机场建设时，填筑土料经常用到碎块石、砂砾石等，由于填筑土料粒径一般较大、不均匀、孔隙率较大等原因，不适用环刀法、灌砂法、核子射线法进行原位现场大单容密度试验，而采用灌水法操作方便[1]，该方法具有原理简单、简便易用和结果准确等优势，但在试验过程中会受到各种因素的影响及现场条件的限制，对试验结果的精度影响较大，其中大部分因素会使试坑体积实测结果变小，从而导致干密度实测结果偏大，给工程的后续建设埋下质量安全隐患[2]，其影响因素包括：仪器和辅助材料（刚套环位置的固定、参考水平面的测量、水位测针、台秤、塑料薄膜、试验用水）、测点选择与试坑开挖（测点选择、试坑尺寸、坑壁形状、开挖过程）、水位测量、试样及试验用水的称量[3]、试坑填筑土料的代表性、试样含水率测定等，在灌水法大单容密度试验过程中，以上因素均会影响试验成果的准确度，甚至得出不合理的结果产生错误判断，因此亟需结合工程经验分析影响因素并提出减少影响因素的相关建议措施来提高灌水法大单容密度试验的精准度。

1 工程概况

孟定镇金都商贸城项目需对拟建工程填筑土进行了灌水法大单容试验，目的是测定填筑土层的粗粒土密度，并评价试验区域的填筑土密实程度。本次大单容试验共设计6个点，每个试验位置分不同深度做两组，试验数量共计12组。孟定镇金都商贸城拟建场地采用石渣（碎石类土）填筑厚度4.20～6.50m，结构中密～密实，填筑年限不少于3年。

2 灌水法密度试验的基本步骤

灌水法大单容密度试验依照 《土工试验方法标准》（GBT50123-2019）[4]相关要求进行。试验所用仪器设备为直径均匀并附有刻度及出水管的储水筒；称量50kg，最小分度值为10g的台秤。

2.1 灌水法密度试验步骤

（1）根据试样最大粒径确定试坑尺寸如下：试坑底面积 1.00～1.20m2深度 0.50～0.80m。

（2）将选定试验处的试坑地面整平，除去表面松散的土层。

（3）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深度，边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称试样质量mp和干质量md，准确到10g，并应测定试样的含水率。

（4）试坑挖好后，放上相应尺寸的套环，用水准尺找平，将大于试坑容积的塑料薄膜袋平铺于坑内，翻过套环压住薄膜四周。

（5）记录储水简内初始水位高度，拧开储水筒出水管开关，将水缓慢注入塑料薄膜袋中。当袋内水面接近套环边缘时，将水流调小，直至袋内水面与套环边缘齐平时关闭出水管，持续记录储水筒内水位高度。当袋内出现水面下降时应另取塑料薄膜袋重做试验。

2.2 计算

试坑体积计算公式[4]为：

Vp=(H1-H2)×Aw-Vo

式中：Vp——试坑体积（cm3）；

H1——储水筒内初始水位高度（cm）；

H2——储水筒内注水终了时水位高度（cm）；

Aw——储水筒断面积（cm2）；

Vo——套环体积（cm3）。

试验的湿密度ρo计算公式为：

ρo=mp/Vp

式中：mp——取自试坑内的试样质量（g）。

干密度ρd计算公式为：

ρd=md/Vp

式中，md——取自试坑内的试样干质量（g）。

试样含水率的计算公式为：

W=((mp/md)-1)×100

试样颗粒的材料密度ρz的计算公式为：

ρz=mz/Vz

式中，mz——试样颗粒干质量（g）；

Vz——试样颗粒的体积（cm3）。

填筑土孔隙率n的计算公式为：

n=（1-ρd/ρz）×100

3 现场试验过程

现场试验过程如图1～6所示。

图1 试坑初挖致试验顶深度

图2 试坑顶面找平

图3 取样后的试坑

图4 试样称重

图5 试坑灌水量测体积

图6 凉晒试样以测干密度

4 填筑土密实程度评价

根据表1数据分析，填筑土颗粒分析结果，本项目填筑土的填料以角砾为主，局部夹砾砂。

表1 填筑土颗粒分析结果表

本次采用 《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）[5]相关要求对本项目碎石类填筑土的密实程度进行评价。根据 《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）[5]第4.2.6条堆石（碎石类土）填筑采用孔隙率为设计控制指标的要求，孔隙率控制在20%～28%之间，堆石（碎石类土）填筑质量达到密实状态。根据表2和表3试验成果表明，12组试验中，有9组试样的孔隙率在14.90%～27.45%之间，填筑质量达到密实状态。有3组试样的孔隙率在34.53%～38.94%之间，填筑质量达到中密状态。表明本项目填筑土的密实程度以密实为主，局部中密，满足作为压实填土地基的要求。

表2 大单容密度试验基本数据

表3 大单容试验成果汇总表

根据试验成果分析，本项目填筑土的综合湿密度可取2.35g/cm3，综合干密度可取 2.22g/cm3，综合含水率可取6.45%。