李卓衡 孔德國 云南建筑科學(xué)研究院有限公司

1 前言

伴隨我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑工程的數(shù)量在不斷提升，工程數(shù)量提升的同時也要求工程質(zhì)量必須得到保證，工程質(zhì)量關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全，所以需要對工程質(zhì)量予以高度重視。萬丈高樓平地起，地基對于建筑工程而言意義重大，地基的穩(wěn)固性既關(guān)系到建筑工程的質(zhì)量，又關(guān)系到建筑工程的安全性，所以需要采取有效的技術(shù)方法檢測地基的施工質(zhì)量。在建筑工程中，地基屬于持力層，在建筑工程結(jié)構(gòu)中居于重要地位，而地基質(zhì)量如何，需要依據(jù)相關(guān)指標進行檢測。壓實度便是關(guān)鍵性指標，若地基壓實度不足，會導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到影響，使建筑工程的使用壽命及工程質(zhì)量受到影響。當前對建筑工程地基項目開展壓實度檢測的主要技術(shù)方法包括環(huán)刀法、灌砂法以及核子密度技術(shù)，其中最為常用的便是灌砂法，其具有快速檢測、準確度高、檢測全面等突出優(yōu)勢[1]，目前已廣泛應(yīng)用于道路工程路基壓實度檢測方面。本文將結(jié)合具體實例對灌砂法在建筑工程中的應(yīng)用展開探討。

2 灌砂法概述

2.1 主要原理

房建工程中灌砂法主要是采用粒徑在0.25mm～0.5mm的砂進行試驗，所用砂必須保證干凈、均勻，將事先準備好的砂從特定高度自上至下自由落入預(yù)先挖好的試驗孔洞中，通過質(zhì)量不變原理測量試驗孔洞體積[2]，事實上，灌砂法便是采用標準砂石置換試驗孔洞中的骨料，然后依據(jù)骨料中的含水量，推算試驗樣本實際測量的干密度，從而得出實際測量結(jié)果。

2.2 操作步驟

灌砂法操作是在灌水法試驗方法的基礎(chǔ)上開展的，操作步驟見圖1所示。

從圖1 中可以了解到，灌砂法在開展前，必須做好充分的準備工作，例如，挖坑工作、標準砂準備工作等，灌砂法對于前期準備工作的要求非常嚴格，尤其是現(xiàn)場檢定所使用的砂，必須保證其粒徑在0.3mm～0.6mm 之間，并將其處理干凈，以免影響檢測的準確性，避免檢測結(jié)果出現(xiàn)誤差。在操作過程中還應(yīng)該注意細節(jié)，例如，注砂時不要出現(xiàn)震動，關(guān)閉閥門時要緊閉，避免出現(xiàn)漏砂問題，從而影響檢測準確度；在計算密度及干密度時，應(yīng)該先計算標定罐的容積及標準砂的密度，計算公式如下[3]：

圖1 灌砂法的操作步驟

式中，VR代表容砂瓶容積；MR2代表漏斗、容砂瓶以及誰的總體質(zhì)量；MR1代表容砂瓶以及漏斗的質(zhì)量；PWR代表不同水溫時對應(yīng)的密度；PS代表標準砂密度；MRS代表漏斗、容砂瓶以及標準砂的總體質(zhì)量。

根據(jù)式（1）和式（2）可以得出試樣的密度和干密度計算公式，其計算公式如下：

式中，ρ0代表試樣密度（g/cm3）；MP代表試坑試樣的質(zhì)量（g）；MS代表注滿砂石的試坑所使用標準砂質(zhì)量（g）；ρd代表試樣干密度（g/cm3）；ω代表試樣含水率（%）。

在本研究中，所使用的裝砂容器為灌砂筒，通過上述方法能夠?qū)⒃嚇拥拿芏燃案擅芏扔嬎愕贸觯瑥亩鴮崿F(xiàn)灌砂法測量的目的。

3 灌砂法在建筑工程檢測中的具體應(yīng)用

在開展建筑工程施工中建筑工程容易受到地質(zhì)災(zāi)害影響，且我國很多地區(qū)的地質(zhì)條件較差，尤其是軟土地質(zhì)條件或者是地質(zhì)比較疏松的地區(qū)，在開展地基工程時，因地質(zhì)疏松導(dǎo)致易變性，所以對地基底層需要加固處理。常用的處理方法包括換填法、強夯法等，雖然這些壓實方法對于地基底層處理均比較有效，但仍需要檢測地基施工的壓實度。從上述內(nèi)容可以了解到，灌砂法是檢測壓實度的一種常用方法，所以灌砂法在建筑工程中的應(yīng)用具有一定的意義，灌砂法在建筑工程中的具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 可用于提升地基承載力

通常來講，地基抗剪強度同地基承載力之間存在密切聯(lián)系，針對軟弱地基采用砂石換填，砂石換填一般是對軟土地基進行開挖，使之挖至一定深度，然后將預(yù)先準備好的砂石料填充進去，使砂石料取代原來的軟弱土，通過砂石換填能夠提升地基承載力，并且還能夠降低地基變形特性，從而使基層承載的要求得以達成。但實際選擇的砂石料，應(yīng)該通過試驗的方式來確定，綜合考量填料成本及施工成本，保證既能夠滿足地基承載力提升的要求，又能夠降低施工成本，所以可以采用灌砂法進行試驗檢測，通過試驗檢測確定需要填充的密度和工程量，保證地基承載力能夠滿足實際建筑需求。

3.2 可用于減輕建筑物沉降產(chǎn)生的破壞

從上述內(nèi)容可以了解到，采用砂石換填的方法提升軟土地基的承載力，需要保證砂石量和填充密度達到一定要求。通過灌砂法能夠科學(xué)計算出砂石使用量以及填充密度，使建筑地基持力層能夠保持均勻狀態(tài)，有效避免建筑物因持力層存在不均勻所致沉降裂縫和結(jié)構(gòu)破壞問題，使建筑物的整體性得到保護，這主要是因為在采用灌砂法的基礎(chǔ)上，能夠使砂石均勻分布，保證墊層整體結(jié)構(gòu)趨于均勻化，從而提升了地基承載力，并且有效提升地基抗變形能力[4]。同時，基于灌砂法試驗檢測能夠確定地基的壓實度，對于建筑物沉降問題也能夠提供有效保障，避免因建筑物沉降造成建筑物整體受到破壞。

3.3 可用于地基排水固結(jié)

在灌砂法的作用下可確定砂石填充量及密度，在保證砂石填充量以及密度合理的條件下，不僅可以保證地基壓實度，而且通過砂石換填還有利于地下排水。主要是因為建筑工程地基下方的地下水位較淺，當?shù)鼗浲潦艿叵滤饔孟潞苋菀壮霈F(xiàn)塑性破壞，通過砂石換填能夠?qū)④浲撂鎿Q，換填后的砂石具有較好的透水性、排水性和導(dǎo)水性，可當作建筑地基下方的排水通道，從而有利于地基下方出現(xiàn)的地下水從砂石孔隙中較快的排出[5]，地下水的滯留和侵蝕一旦得以控制，會使地基得到有效保護，并且還能夠促使建筑地基下方軟土層固結(jié)，從而保證建筑整體的穩(wěn)定性。

4 案例分析

從上述內(nèi)容中了解到，灌砂法在建筑工程檢測中發(fā)揮重要的作用，也是砂石換填法提升地基承載力的重要保障，總體來講，灌砂法在建筑工程檢測中的應(yīng)用，主要是檢測地基壓實度，并為砂石換填法的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)依據(jù)，為了進一步探討灌砂法在實際工程中的應(yīng)用，本文以實際案例探究該方法的應(yīng)用。

4.1 工程概況

國內(nèi)某市養(yǎng)老院建設(shè)項目在該市的市郊區(qū)域，處于該市的南部地區(qū)，與該市附近河流靠近，建筑場地原屬于洗砂場，且該場地部分地區(qū)屬于洗砂場取砂回填區(qū)域，地勢南高北低，通過地質(zhì)勘察結(jié)果得出：該區(qū)域地基表層土屬于素填土，是由人為的方式堆積形成，地基表層下方是由第四系沖洪積作用下形成的卵石和粉土，在卵石層中還包含礫砂、圓礫以及中砂等亞層構(gòu)成，具體地質(zhì)特征見表1所示。

表1 養(yǎng)老院建設(shè)項目地質(zhì)特征

從表1中可以觀察到，該工程所處地理位置的地質(zhì)條件較差，在開展地基工程施工時，因地表素填土層的結(jié)構(gòu)疏松，且粉土層軟弱，所以需要采取措施對地基原土進行換填，基于砂石換填法的優(yōu)勢，可以采取此法，但換填前的砂石使用量及密度計算以及換填后的壓實度檢測，需要采用灌砂法進行，具體需要采用試驗的方法解決這些計算和檢測問題。

4.2 灌砂法試驗內(nèi)容

首先取自來水裝入標定罐之中，對標定罐的體積（V）進行測量，將預(yù)先選好的砂置入儲砂桶之中，儲砂質(zhì)量設(shè)為m1，然后將灌砂筒置入到標定罐的上方，將開關(guān)裝置打開，使砂從中流出，流至灌砂筒內(nèi)無砂流出為止，然后將開關(guān)關(guān)閉，灌砂筒內(nèi)余砂質(zhì)量，將其設(shè)定為m3，將灌砂筒下椎體內(nèi)部砂質(zhì)量設(shè)定為m2，則可得出標定罐填滿狀態(tài)下所需砂質(zhì)量m，即：

根據(jù)計算結(jié)果可繼而計算砂單位質(zhì)量ρ，即：

取平坦表面，將帶孔基板放于其上，將帶砂灌砂筒放置于基板孔的正上方，砂質(zhì)量記為m5，然后將開關(guān)裝置打開，使筒內(nèi)砂通過基板孔流出，直至停止流出為止，然后將開關(guān)裝置關(guān)閉，幾個灌砂筒取下，并將筒內(nèi)砂質(zhì)量進行稱量，將稱量結(jié)果記為m6，完成上述操作后清掃地面，將基板重新放置原來位置，進行取樣，為了避免取得樣本在空氣中出現(xiàn)水分蒸發(fā)，特將其放置在密閉塑料袋之中，從樣品之中選出代表性材料，并測量其含水率（ω），然后將基板置于試坑的上方，在基本正中間防止灌砂筒，使灌砂筒中的砂通過基板孔流至試坑之中，直至砂不再流出為止，然后關(guān)閉開關(guān)裝置，將灌砂筒取走，對灌砂筒內(nèi)部余砂質(zhì)量稱量，記為m4，則可計算室內(nèi)填滿所使用的砂質(zhì)量m`。

根據(jù)式（3）和式（4）可計算出材料密度及干密度，材料的壓實度可以利用干密度值計算得出，即：

其中，K為材料壓實度；ρd為材料干密度；ρc為試驗獲取的試樣最大干密度；ρs為量砂單位質(zhì)量。

4.3 灌砂法試驗結(jié)果。

本次試驗研究所選取的取樣部位共計10 層，通過計算得出各層砂石換填材料的含水率、干密度，并根據(jù)壓實度計算公式算出了壓實系數(shù)，通過對這些數(shù)據(jù)記性歸集統(tǒng)計得出，本次試驗研究結(jié)果見表2所示。

表2 灌砂法試驗得出的結(jié)果統(tǒng)計

從表2中可以觀察到，從第一層～第十層，其砂石換填材料的含水率在持續(xù)降低，這說明砂石換填的層數(shù)與材料含水率之間存在負相關(guān)的關(guān)系。之所以產(chǎn)生這種情況，主要是因為砂石回填材料與天然土相比，其含水率比較高，同時受到室外溫度影響，所以會導(dǎo)致層數(shù)增加的過程中，含水率會隨之降低；伴隨含水率的降低，填料的壓實度也會隨之降低，這主要是因為砂石回填料的含水率一旦降低，會導(dǎo)致砂石回填料縫隙之間產(chǎn)生更大的摩擦阻力，從而導(dǎo)致砂石回填料的壓實度得以降低，若砂石回填料的含水率比較高，則水能夠在使回填料顆粒間發(fā)揮潤滑作用，導(dǎo)致砂石回填料的壓實度得以提升，而干密度與含水率之間是負相關(guān)的關(guān)系，所以當砂石回填料的含水率歲層數(shù)增加而降低時，干密度反而會升高。

4.4 試驗結(jié)果討論

通過以上試驗結(jié)果得知，灌砂法不僅能夠計算出材料含水率、密度及干密度，而且還能夠計算出壓實系數(shù)，根據(jù)壓實系數(shù)判斷砂石回填材料的壓實度，對于提升地基回填質(zhì)量具有重要意義，通過質(zhì)量及密度計算也能夠為實際工程量設(shè)計提供一定的支持。由此可見，灌砂法可以作為建筑工程檢測工作的可行方法，但在實際應(yīng)用的過程中，還應(yīng)該注意所用材料設(shè)備的預(yù)先準備，保證材料設(shè)備能夠滿足實際檢測要求，使檢測的準確度和有效性得到提升。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過實際工程案例開展的試驗研究可知，伴隨砂石換填層數(shù)的逐漸增加，材料含水率在不斷降低，導(dǎo)致壓實度也不斷降低，這說明砂石換填法對于軟弱地基土層處理具有重要作用。而本文研究的灌砂法則是這種地基處理技術(shù)，能夠有效檢測建筑工程地基壓實度，可指導(dǎo)建筑工程地基回填壓實工作，從而有效控制壓實度，保證地基施工質(zhì)量，提升建筑工程整體質(zhì)量和安全性。