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原位密度(灌水法)检测

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发布时间：2025-05-30 19:35:44 更新时间：2025-05-29 19:35:45

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

原位密度(灌水法)检测概述

原位密度是评价土体压实质量的关键参数之一，它真实反映了土壤在自然状态或压实后的密实程度，对工程建设（如路基、堤坝、地基）的质量控制至关重要。“灌水法”作为一种经典的原位密度检测方法，因其设备简单、操作便捷、成本低廉且对土体扰动小等优点，被广泛应用于细粒土、砂类土及含少量砾石的回填土或天然地基的密度测定。该方法的核心原理是通过在现场开挖一定体积的试坑，利用水置换法精确测定试坑的体积，再结合挖出土样的烘干质量，即可计算出土壤的湿密度和干密度。相较于环刀法等有局限性方法，灌水法更适合测定含有少量粗颗粒（粒径一般不大于60mm）且结构不易扰动的土体。

检测项目

原位密度（灌水法）检测的核心项目是测定土体的湿密度 (ρ) 和 干密度 (ρ_d)。通过这些基础数据，可以进一步计算重要的工程指标：

压实度 (K): 现场实测干密度与室内标准击实试验所得最大干密度 (ρ_dmax) 的比值（百分比），是评价填方工程压实质量是否达标的核心指标。公式为：K = (ρ_d / ρ_dmax) × 100%。
孔隙比 (e) 与 孔隙率 (n): 反映土体的密实程度和渗透性（需已知土粒比重 G_s）。
含水量 (ω): 通过烘干法测定挖出土样的含水量，是计算干密度所必需的参数。

检测仪器

进行灌水法原位密度检测需要配备以下专用仪器和辅助工具：

套环 (或刚性薄壁试坑环): 通常由钢板或不锈钢制成，内径尺寸需已知且精确（常见有φ150mm、φ200mm等），高度适中（约100-150mm）。用于固定试坑形状和位置，防止坑壁坍塌。
储水设备: 包括带刻度（精度至少0.1 cm³）的专用量筒或体积较大的储水桶，以及配套的进水管、阀门和平衡支架。
塑料薄膜 (或薄橡胶膜): 铺设在试坑内壁及套环上，用于防止水渗入土体。
水: 清洁的水，水温应尽量接近测试环境的温度（或记录水温进行体积修正）。
称量设备: 电子天平或台秤，精度应满足要求（如感量0.1g或0.01kg）。用于称量挖出土样的总质量及烘干后的质量。
取土工具: 如铁锹、凿子、小勺、毛刷等，用于小心挖掘试坑内的土样。
盛土容器: 如塑料袋、密封盒，用于盛装和运输挖出的全部土样。
水平尺、直尺: 用于检查套环放置水平和量筒读数。
烘箱、干燥器: 用于测定土样含水量。
其他辅助工具: 如记录板、卷尺、温度计、刮刀等。

检测方法 (灌水法步骤)

灌水法的操作流程需严格按照标准执行以确保精度：

场地准备与选点: 选择具有代表性的检测点，清理地表浮土、杂物，整平场地。
安装套环: 将套环垂直、稳定地压入（或固定于）整平后的地表，确保环口水平且与土面接触紧密无缝隙。
挖掘试坑: 在套环内小心挖掘试坑。坑壁应尽量垂直、光滑，坑底大致平整。试坑深度通常等于套环高度。挖出的所有土样必须全部收集，不得有任何散失，并立即装入密封容器。
铺膜: 在试坑内壁、坑底及套环内壁紧密铺设一层塑料薄膜（或薄橡胶膜），确保薄膜与坑壁、环壁完全贴合无褶皱，并用少量水或重物压住边缘使其固定。
注水测体积:
- 向储水装置（量筒或大桶）注入一定量的水，记录初始水位读数V1（单位：cm³）。
- 缓慢、匀速地将水注入铺好薄膜的试坑内（通过进水管），直至水面上升至与套环顶面齐平。
- 关闭阀门，待水面完全稳定（通常需等待数十秒至1分钟）后，读取储水装置中剩余的水位读数V2（单位：cm³）。
- 试坑体积 (V) = V1 - V2 （单位：cm³）。
称量土样: 称量挖出土样（包括试坑内及套环上粘附的土）的总质量M（单位：g）。
测定含水量: 从挖出的土样中取代表性部分（按规范要求），按照烘干法测定其含水量ω（%）。
计算:
- 湿密度 (ρ) = M / V （单位：g/cm³）
- 干密度 (ρ_d) = ρ / (1 + 0.01ω) （单位：g/cm³）

检测标准

灌水法原位密度检测必须依据相关的国家或行业标准进行，以确保结果的准确性和可比性。主要参考标准包括：

《土工试验方法标准》GB/T 50123: 这是国内土工试验的权威标准。其中的“密度试验”章节详细规定了灌水法的适用范围、仪器设备要求、操作步骤、结果计算和精度控制等。
《公路土工试验规程》JTG 3430 (原JTG E40): 公路行业广泛采用的标准，其“T 0112-1993 密度试验（灌水法）”对用于公路路基、路面基层等工程的灌水法检测有具体规定。
《水利水电工程土工试验规程》SL 237 (或DL/T 5355): 针对水利水电工程土石坝、堤防等填筑工程的质量控制标准，同样包含灌水法的实施细则。

关键标准要求通常涉及：套环尺寸精度、量筒刻度精度、水位稳定时间、薄膜铺设要求、试坑尺寸限制（尤其对于含砾石土）、水温修正（若温差显著）、平行试验允许误差等。检测人员必须熟悉并严格遵守所选用的标准规范。

总之，灌水法是测定原位土体密度的一种可靠且实用的方法。通过规范的操作、使用合格的仪器并严格遵循相关标准（如GB/T 50123、JTG 3430等），可以准确获取湿密度和干密度值，进而计算压实度等关键指标，为工程设计和施工质量控制提供至关重要的数据支撑。该方法特别适用于现场不易取得原状土样或含有一定粗颗粒的土体。