高速公路砂土路基壓實(shí)度測試方法研究

王 輝

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司)

1 引 言

土基壓實(shí)度是衡量路基填筑質(zhì)量的重要控制指標(biāo)，其直接影響著路基的抗變形能力。壓實(shí)度越大，土的密度越大，土基的承載能力越強(qiáng)，在荷載的作用下土基的變形越小。目前，最常用的檢測壓實(shí)度的方法是環(huán)刀法和灌砂法，其中環(huán)刀法操作相對(duì)方便，但精度較低，灌砂法比較復(fù)雜，精度較高。因此有必要對(duì)相對(duì)簡單方便的壓實(shí)度檢測方法進(jìn)行研究。

2 長桿貫入儀和動(dòng)力錐貫入儀簡介

2.1 長桿貫入儀

長桿貫入儀是一種能夠快速方便檢測土基密實(shí)度的儀器設(shè)備。土的密度不同，壓實(shí)度也不同，利用長桿貫入儀貫入相同的深度需要的錘擊次數(shù)有所區(qū)別，因此，能夠利用其貫入土基一定深度的錘擊次數(shù)多少來反映土基的壓實(shí)度。

2.2 動(dòng)力錐貫入儀

動(dòng)力錐貫入儀(DCP)也常被用來檢測評(píng)價(jià)土基的強(qiáng)度，主要用于快速測定不同深度各土層的承載能力，一般其最深可以貫入土基表面以下2 m，因具有簡單、輕便、快捷而經(jīng)濟(jì)的特性深受工程技術(shù)人員青睞。

3 現(xiàn)場檢測方案

為了研究對(duì)于粉砂土長桿貫入儀、DCP 和壓實(shí)度之間的關(guān)系，依托實(shí)際工程鄭民高速(開封段)，選取樁號(hào)K35 +100～K45 +683 之間18 個(gè)測點(diǎn)(從96 區(qū)、94 區(qū)和93 區(qū)三個(gè)不同的壓實(shí)區(qū)選取)，分別進(jìn)行了長桿貫入儀、DCP 和壓實(shí)度檢測試驗(yàn)。每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行完灌砂法測壓實(shí)度試驗(yàn)后再在南北兩側(cè)進(jìn)行長桿貫入儀和DCP 試驗(yàn)，得到分別貫入土基10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm 和60 cm 需要的錘擊次數(shù)。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 長桿貫入儀

試驗(yàn)共選取了27 個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行了兩組長桿貫入儀試驗(yàn)，所以相當(dāng)于共有54 組壓實(shí)度和長桿貫入儀錘擊次數(shù)的對(duì)比數(shù)據(jù)。每組數(shù)據(jù)中包含長桿貫入儀分別貫入土基10 cm、20 cm、30 cm 和40 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)。現(xiàn)研究壓實(shí)度和長桿貫入儀分別貫入土基10 cm、20 cm、30 cm 和40 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)之間的關(guān)系。

(1)壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基10 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)之間的關(guān)系研究。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑出當(dāng)長桿貫入儀貫入土基10 cm 時(shí)壓實(shí)度分別大致為93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)，然后求和取平均值，得到當(dāng)長桿貫入儀貫入土基10 cm 時(shí)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)分別為7、6.96、7 和9.29，然后以壓實(shí)度為橫坐標(biāo)，平均錘擊次數(shù)為縱坐標(biāo)繪制壓實(shí)度和錘擊次數(shù)之間的關(guān)系圖，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基10 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)關(guān)系

圖2 壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基20 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)關(guān)系

從圖1 中可以看到，壓實(shí)度為93%、94%和95%時(shí)對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)都為7 或者非常接近7，這和隨著壓實(shí)度的增加錘擊次數(shù)也相應(yīng)增加的實(shí)際情況不符，出現(xiàn)這種情況主要是因?yàn)橛行y點(diǎn)表面沒有完全壓實(shí)，長桿貫入相對(duì)較淺的10 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)較少，不能很好地反映壓實(shí)度的大小。

(2)壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基20 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)之間的關(guān)系研究。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑出當(dāng)長桿貫入儀貫入土基20 cm 時(shí)壓實(shí)度分別大致為93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)，然后求和取平均值，得到當(dāng)長桿貫入儀貫入土基20 cm 時(shí)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)分別為22.75、23.54、24.83 和30.86，然后以壓實(shí)度為橫坐標(biāo)，平均錘擊次數(shù)為縱坐標(biāo)繪制壓實(shí)度和錘擊次數(shù)之間的關(guān)系圖，結(jié)果如圖2 所示。

從圖2 可以明顯看出，隨著壓實(shí)度的增加，長桿貫入20 cm所需的平均錘擊次數(shù)增加，從圖中讀取對(duì)應(yīng)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%合適的錘擊次數(shù)分別為23、24、26、31。

(3)壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基30 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)之間的關(guān)系研究。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑出當(dāng)長桿貫入儀貫入土基30cm 時(shí)壓實(shí)度分別大致為93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)，然后求和取平均值，得到當(dāng)長桿貫入儀貫入土基30 cm 時(shí)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)分別為42.5、59.96、62.5 和72.86，然后以壓實(shí)度為橫坐標(biāo)，平均錘擊次數(shù)為縱坐標(biāo)繪制壓實(shí)度和錘擊次數(shù)之間的關(guān)系圖，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基30 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)關(guān)系

圖4 壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基40 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)關(guān)系

同樣，從圖3 可以明顯得看出，隨著壓實(shí)度的增加，長桿貫入30 cm 所需的平均錘擊次數(shù)增加，從圖中讀取對(duì)應(yīng)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%合適的錘擊次數(shù)分別為45、60、65、73。

(4)壓實(shí)度和長桿貫入儀貫入土基40 cm 時(shí)對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)之間的關(guān)系研究。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑出當(dāng)長桿貫入儀貫入土基40 cm 時(shí)壓實(shí)度分別大致為93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的錘擊次數(shù)，然后求和取平均值，得到當(dāng)長桿貫入儀貫入土基40 cm 時(shí)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%對(duì)應(yīng)的平均錘擊次數(shù)分別為68.5、107.58、112.67 和133.57，然后以壓實(shí)度為橫坐標(biāo)，平均錘擊次數(shù)為縱坐標(biāo)繪制壓實(shí)度和錘擊次數(shù)之間的關(guān)系圖，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 中曲線的規(guī)律和圖3 中曲線的規(guī)律非常相似，隨著壓實(shí)度的增加，長桿貫入40 cm 所需的平均錘擊次數(shù)增加，從圖中讀取對(duì)應(yīng)壓實(shí)度93%、94%、95%和96%合適的錘擊次數(shù)分別為70、110、120、135。

(5)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

經(jīng)過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，可以發(fā)現(xiàn)長桿貫入儀很好地反映土基的壓實(shí)情況，長桿貫入儀的錘擊次數(shù)隨著壓實(shí)度的增加而增加。由于長桿貫入儀具有簡便、高效和更大的檢測深度的優(yōu)點(diǎn)，可以使用長桿貫入儀來評(píng)定和控制土基的壓實(shí)質(zhì)量。

基于上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，可以制定長桿貫入儀針對(duì)工程項(xiàng)目鄭民高速(開封段)中壓實(shí)度檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見表1。用長桿貫入儀檢驗(yàn)和控制路基壓實(shí)質(zhì)量時(shí)，當(dāng)錘擊次數(shù)等于或者大于表1 中數(shù)值，即表明壓實(shí)度已經(jīng)滿足要求。

表1 長桿貫入儀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

4.2 動(dòng)力錐貫入儀

DCP 試驗(yàn)通常以每貫入300 mm 的錘擊數(shù)來反映路基的承載力，從中選取當(dāng)DCP 貫入土基30 cm 時(shí)每個(gè)壓實(shí)度對(duì)應(yīng)的PR 值結(jié)果進(jìn)行分析。

當(dāng)測點(diǎn)進(jìn)行南北兩次測試時(shí)取平均值，只進(jìn)行一次測試時(shí)直接取一次的測試結(jié)果，去除一些明顯是試驗(yàn)或者記錄錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，然后以PR 為橫坐標(biāo)，壓實(shí)度為縱坐標(biāo)，繪制壓實(shí)度和PR 之間的關(guān)系如圖5 所示。

圖5 壓實(shí)度和PR 之間的關(guān)系

從圖5 中可以看出壓實(shí)度和PR 之間具有較好的相關(guān)性，壓實(shí)度越大，PR 越小，平均每錘貫入深度越小，壓實(shí)度越小，PR 越大，平均每錘貫入深度越大。建立壓實(shí)度K 與PR之間的關(guān)系公式。

K=192.29PR－0.2315

公式的相關(guān)系數(shù)為0.824，表明對(duì)于粉砂土壓實(shí)度和PR之間具有較好的相關(guān)性。

5 結(jié) 論

利用實(shí)際工程對(duì)長桿貫入儀、DCP 和壓實(shí)度之間的關(guān)系，通過現(xiàn)場試驗(yàn)和結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論。

(1)分析長桿貫入儀和壓實(shí)度之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)長桿貫入深度為20 cm、30 cm 和40 cm 時(shí)，長桿貫入儀的錘擊次數(shù)和壓實(shí)度正相關(guān)，即壓實(shí)度越大，對(duì)于某一深度需要的錘擊次數(shù)也就越多。利用長桿貫入儀進(jìn)行路基壓實(shí)質(zhì)量快速檢測和評(píng)定是可行性的，通過繪制壓實(shí)度和錘擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線，建立了長桿貫入儀分別貫入20 cm、30 cm 和40 cm 時(shí)進(jìn)行壓實(shí)度快速檢測和評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)在施工現(xiàn)場選擇18 個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行DCP 試驗(yàn)并用傳統(tǒng)灌砂法檢測測點(diǎn)的壓實(shí)度，對(duì)DCP 的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，求貫入每個(gè)深度對(duì)應(yīng)的貫入度PR，以雙對(duì)數(shù)模型建立貫入30 cm 時(shí)PR 與壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系方程，方程相關(guān)系數(shù)為0.824，相關(guān)性良好，表明應(yīng)用DCP 也可以快速地對(duì)路基結(jié)構(gòu)的壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢測和評(píng)價(jià)。

［1］沙慶林.公路壓實(shí)與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］鄧學(xué)鈞.路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］徐平，王復(fù)明，陳忠平.路基壓實(shí)與瀝青路面使用壽命的關(guān)系［J］.路基工程，2008，(4):10－12.

［4］陶向華.長桿貫入儀檢測路基壓實(shí)度應(yīng)用研究［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2011，(S1):4－46.

［5］王定敏.基于DCP 的路基壓實(shí)度及承載能力評(píng)定［J］.公路工程，2011，36(1):109－111.

［6］楊博.應(yīng)用DCP 快速檢測土基壓實(shí)質(zhì)量研究［D］.長沙:長沙理工大學(xué)，2010.

［7］公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程(JTG E60－2008)［S］.北京:人民交通出版社，2008.