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土工试验灌砂法实操流程与数据处理

在岩土工程勘察与施工质量控制中，准确测定土的密度是评估地基承载力、计算沉降量以及检验压实度的关键环节。灌砂法作为一种经典且广泛应用的现场密度测试方法，因其原理直观、操作简便、适用性强等特点，在各类土质地基工程中占据重要地位。本文将从实操流程与数据处理两方面，结合工程实践经验，详细阐述灌砂法的技术要点，旨在为相关试验人员提供一套系统、严谨且具有实用价值的操作指南。

一、试验原理简述

灌砂法的基本原理是利用均匀颗粒的标准砂，通过一定容积的容器（灌砂筒），将其自由落入挖好的试坑中，直至填满试坑。根据填满试坑所用标准砂的质量和已知的标准砂密度，计算出试坑的体积。再根据从试坑中取出的全部土样的质量和其含水率，便可计算出土的湿密度和干密度。此方法的核心在于确保标准砂密度的准确性和试坑体积测量的精确性。

二、实操流程详解

（一）前期准备

1.仪器设备检查与校准

试验前，需对所用仪器进行全面检查与必要校准。主要仪器包括：灌砂筒（根据试坑大小选择合适规格，常见有大、中、小三种型号，其储砂筒和圆锥体的总容积需预先标定）、标准砂（应洁净、干燥、颗粒均匀，粒径宜在0.25mm至0.5mm之间，并需测定其准确的表观密度，即标准砂密度）、天平（称量精度应满足试验要求，通常不低于0.1g）、烘箱、铝盒、挖掘工具（如小铲、凿子、取样勺等，应保证刃口锋利，以减少挖方时对坑壁土样的扰动）、盛砂容器、直尺、毛刷等。天平需按规定周期进行计量检定，确保称量准确。

2.标准砂密度标定

标准砂密度是灌砂法计算的基础，其准确性直接影响试验结果。标定方法如下：

a.取一定量的标准砂，置于烘箱中，在105℃~110℃的温度下烘干至恒重，冷却至室温后备用。

b.将灌砂筒（连同漏斗和圆锥体）洗净、烘干，称其质量并记录。

c.在一平整的玻璃板上放置标定罐，将灌砂筒置于标定罐上方，使砂筒的下口对准标定罐的中心。打开灌砂筒开关，让标准砂自由流入标定罐内，直至砂不再流动且表面大致平整。关闭开关，小心移开灌砂筒，用直尺将标定罐顶部的砂刮平（注意避免触动标定罐），称取灌砂筒（连同剩余砂）的质量。

d.计算填满标定罐所需标准砂的质量，再除以标定罐的容积（标定罐容积需预先标定），即可得到标准砂的密度。此标定过程应进行多次（通常不少于三次），取其平均值作为最终使用的标准砂密度。

3.试验场地选择与清理

选择具有代表性的测试点，其表面应平整。若地面不平整，可用小铲将其铲平，或放置基板（对于表面松散的土层尤为重要）。基板中心有一圆孔，将灌砂筒的圆锥体对准圆孔，确保砂能准确流入试坑。清理测试点表面的浮土、杂物，使测试面与土的原状结构紧密接触。

（二）现场测试步骤

1.挖试坑

根据试验目的和土的类型确定试坑尺寸。对于细粒土，试坑直径通常为150mm左右，深度与碾压层厚度相同或根据需要确定；对于粗粒土，试坑尺寸可适当增大以保证代表性。使用小铲或专用挖掘工具，小心地在选定位置挖试坑，挖出土样应全部装入已知质量的容器（如铝盒或塑料袋）中，并立即盖紧，防止水分蒸发。挖坑时应注意保持坑壁垂直、坑底平整，避免坑壁坍塌或过度扰动坑周围的土。若坑壁出现松动，应将松动部分清除。

2.称取土样质量

将装有全部土样的容器连同土样一起称重，精确至0.1g。减去容器的质量，即得试坑中土的总湿质量。

3.灌砂与称量

a.将灌砂筒内装满标准砂，称取灌砂筒（连同砂、漏斗和圆锥体）的总质量，精确至0.1g。

b.将灌砂筒小心移至已挖好的试坑上方（或放在基板的圆孔上），使圆锥体的下口对准试坑中心（或基板圆孔中心）。打开灌砂筒开关，让标准砂缓缓流入试坑内。在砂流动过程中，可轻轻敲击灌砂筒筒壁，以帮助砂顺利填充，但避免剧烈震动导致砂密度改变。

c.待砂不再流动且试坑口砂面大致稳定后，关闭开关。若使用基板，应先将灌砂筒移开，再取下基板，然后用直尺将试坑表面的砂刮平（与坑口齐平）。

d.称取灌砂筒（连同剩余砂、漏斗和圆锥体）的质量，精确至0.1g。

4.试样含水率测定

从取回的土样中，选取具有代表性的土样，装入已知质量的铝盒中，立即称重并记录（精确至0.01g）。然后将铝盒放入烘箱，在105℃~110℃下烘干至恒重。取出后放入干燥器中冷却至室温，再称重并记录。通过烘干前后的质量差，计算土样的含水率。对于高含水率或含有有机质的土，烘干温度和时间需按相关规范调整。

（三）数据处理与计算

1.计算试坑体积（V）

试坑体积等于填满试坑所用标准砂的质量除以标准砂的密度。

公式：V=(m1-m2-m3)/ρs

式中：

m1——灌砂前灌砂筒（含砂、漏斗、圆锥体）的总质量（g）；

m2——灌砂后灌砂筒（含剩余砂、漏斗、圆锥体）的总质量（g）；

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