密度检测中环刀法在含有粒料的稳定土中的误差分析和应用探讨

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[摘要]本文通过大量的工程实践对土体密度测试及填土压实度测试中的误差进行统计计算分析来说明环刀法在密度检测中的应用，并说明了仅使用常用规格的环刀时满足不了检测精度的要求。

[关键词]环刀法；检测；土体密度；填土压实度；双面误差；递减值；不等粒稳定土；均质土

1　引言

环刀法是室内和室外测量土体密度和填土压实度常用的传统方法，环刀法适用面较窄，一般情况下，对于含有粒料的不等粒稳定土不适用，对松散性材料无法使用。但根据笔者的经验，对于含有粒料的稳定土，只要最大粒料直径不大于5mm，环刀能对含有粒料的稳定土取土饱满(不考虑环刀上下两个口土体切面因粗颗粒去除时的小凹坑)，如果采用的环刀规格合适，不仅使现场密度检测便捷，而且检测精度也能满足要求。

2　工程误差类比计算

下面是在大量工程实践后通过分析不同规格的环刀测验产生的误差值来指导和探讨环刀法在含有粒料的稳定土中的应用。

实验室密度测量常用环刀高度为2cm，相应直径为6.1804cm，环刀容积为60cm3；或用环刀高度为2cm，相应直径为7.1365cm，环刀容积为80cm3。对于高度为2cm直径为6.1804cm容积为60cm3的环刀，湿土重一般在105～112g，干土重一般在90～102g，土体质量误差：单面最大约2.7g，双面最大约5.4g。在人工填土压实地基中，对现场测试国内习惯采用的环刀高度通常为5cm，环刀容积通常为200cm3，相应直径为7.1365cm，土体质量误差：单面最大约3.6g，双面最大约7.2g。

现根据笔者经验，按环刀口直径(即面积)不变，变换环刀高度来计算最大误差，以确定最适合用的环刀规格。下面分别以环刀直径为6.1804cm和直径为7.1365cm这两种常用环刀为例进行计算，计算结果如下表：

3　误差分析

从上述计算结果表得出如下结论：①理论上土体质量误差和压实度误差均与环刀口直径(或面积)无关，仅与环刀高度有关，且环刀高度(或容积)越大误差越小。环刀高度达到较大值时，可以消除粗粒料对不均质土体带来的测验误差。②根据现行相关规范，要求建筑地基填土压实度一般在93％～98％，因实际土体不可能是均质土体，为了减小误差满足精度要求，环刀高度应尽量大干12cm(但基于实际可操作性，一般制作和使用的环刀高度不超过5cm)。③不少试验室或试验人员为了使测验方便快捷，对极不均质的土体，在室内或室外使用高度仅为2cm的环刀。该环刀仅适用于无粗颗粒的均质粘土：对不均质土体，密度误差达0.09g／cm3，填土压实度误差达5.1％，误差极大，根本满足不了规范要求。④高度为5cm的环刀，对不均质土体，密度误差为0.036g／cm3，填土压实度误差为2.0％，误差较大，也不能满足精度要求。⑤高度为8cm的环刀，对不均质土体，密度误差为0.022g／cm3，填土压实度误差为1.25％；高度为9～12cm的环刀，对不均质土体，密度误差和填土压实度误差的递减值明显变小，也就是说，使用高度为9～12cm的环刀或高度更大的环刀，测验所产生的误差不会有较大的变化。

4　结语

在一定的精度要求下，根据以上对工程误差的类比计算和分析，对于环刀口切面不均质土体小凹坑产生的质量误差，完全可以通过加大环刀高度(或增大环刀容积)的方式来消除或降低质量误差产生的影响。结合实际可操作性，对于不均质土体，适宜制作和使用高度为8～9cm的环刀。从而在一定程度上可打破环刀法“对于含有粒料的不等粒稳定土不适用”的说法。

5　建议

根据笔者经验，笔者建议：无论室内测验还是室外测验，可预先制作一套高度为2～8cm的环刀，对于含有粒料且最大粒料直径不大于5mm的稳定土，完全可以根据不同的土质随时灵活选用不同高度的环刀，土粒越细土质越均匀，可使用容积(或高度)越小的环刀。

参考文献

[1]土工试验方法标准(GB－T50123－1999)

[2]公路土工试验规程(JTG E40－2007)

[3]公路路基施工技术规范(JTG F10－2006)

[4]路基路面试验检测技术人民交通出版社，2004

[5]公路工程质量检验评定标准(JTGF80－2004)

[6]建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202－2002)