動力錐貫入儀在公路路基壓實度檢測中的應用

何 巖

（河北省大廠回族自治縣公路管理站，河北廊坊 065300）

0 引言

隨著國民經濟的發(fā)展，公路建設項目日益增多，為了提高公路項目的施工質量，對公路路基壓實度進行檢測至關重要，直接關系到公路的使用壽命[1]。DCP（Dynamic Cone Penetrometer，動力錐貫入儀）檢測法是指將動力錐貫入儀的現場檢測數據與測試結果相結合，檢測的貫入度指標與CBR（California Bearing Ratio，加州承載比）值之間的相關性進行分析，以驗證檢測標準中關于貫入度與CBR 值的線性關系[2-3]。該檢測法具有檢測效果好、檢測精度高等特點?；诖?，本文對動力錐貫入儀法在公路路基質量檢測中的應用進行分析。

1 動力錐貫入儀法的基本原理

動力錐貫入儀是一種輕型設備，檢測中采用錘擊方式貫入，測頭入土檢測土基承載力。動力錐貫入儀錘重為10 kg，錘入角度為60°，可用錘擊深度表示土基承載能力。動力錐貫入儀在土基材料壓實質量檢測領域得到廣泛應用，可直接獲取路基承載力數據，簡便易行，可操作性強。應用動力錐貫入儀法可獲得貫入度與CBR 值，結果顯示動力錐貫入儀貫入度、CBR值與楊氏回彈模量之間具有相關性，可作為標準參考用于路基壓實質量檢測，也可用于路基承載力評估[4-5]。

根據相關學者的研究結果可知[6-7]，動力錐貫入儀錘擊數、貫入比率、貫入深度密切相關，可以將動力錐貫入儀檢測結果作為評估路基承載力和壓實質量的有效手段。FWD（Falling Weight Deflectomete，落錘式彎沉儀）常用來進行路基壓實質量檢測，結合CBR 試驗結果可知FWD 值與CBR 結果之間相關性突出，間接說明引入動力錐貫入儀可作為有效評估手段，以檢測路基壓實質量。此外，現場路基室內試驗、鉆芯取樣、動力錐貫入儀法試驗等結果證實，路基楊氏回彈模量、動力錐貫入儀平均貫入值與路面含水量、路面結構等密切相關，采用不同檢測手段獲取的路基承載力水平基本一致，檢測結果準確可靠。

2 動力錐貫入儀法現場測試

2.1 試驗準備

使用動力錐貫入儀進行路基壓實度質量檢測之前，應該確保動力錐貫入儀導向桿與探桿牢固連接，重復確認聯軸處連接狀況，防止脫落。動力錐貫入儀需要垂直放置于地面，記錄混凝土、硬土層期初數據，將期初數據作為零數據。結合實際需要選擇合理的檢測點，檢測點應位于平整路基表層或基層。

2.2 試驗步驟

（1）結合現場情況選擇平整、干凈的路基表面作為檢測點，選取樣本位置表面存在松動浮土的，可拆除表層20 mm 以內，重新放置動力錐貫入儀設備。表層浮土層較厚的，可重新選擇周圍合適區(qū)域作為測量點。

（2）動力錐貫入儀錐頭與鉆桿連接，確保其與待測點路基表面垂直，施工人員緊握手柄后，另一名操作人員將動力錐貫入儀重錘提起，使之自由落下。

（3）獲取動力錐貫入儀自由下垂的貫入度數據。保持動力錐貫入儀重錘自由下落后貫入深度大于5 mm，對每次貫入度數據進行記錄。若單次貫入深度小于5 mm，則需增加貫入次數，并記錄貫入次數與貫入深度。

（4）連續(xù)貫入、錘擊、測量，并記錄相關數據，確保各項參數符合結構層需求。若路基材質堅硬，連續(xù)錘擊10 次以上，錘擊深度或貫入量無任何改變則停止錘擊，更換錘入點重新進行貫入，記錄對應數據，或使用鉆孔設備將該點堅硬結構層鉆透后重新檢測。

（5）檢測結束將貫入桿和落錘拆卸后，取出動力錐貫入儀設備。

3 數據分析

以現場檢測數據和相關參考文獻[8]的參考值為基礎，制作貫入深度—錘擊次數曲線，將其作為動力錐貫入儀檢測結果，并按照式（1）、式（2）分別計算動力錐貫入儀貫入度Dd和現場CBR 值。

式中，Dd表示貫入量，單位mm/10 擊；a、b 表示換算系數；n表示錘擊次數。

分別在100 mm 和150 mm 厚的路基土層中進行動力錐貫入儀試驗和現場CBR 試驗，檢測結果見表1。

表1 路基土層DCP、CBR 試驗結果

根據表1 的結果，采用二次多項式對貫入度和CBR 值進行擬合，以線性函數對lgDd與lg（CBR）進行擬合，路基土層厚100 mm時Dd—CBR 關系曲線如圖1 所示；路基土層厚150 mm 時Dd—CBR 關系曲線如圖2 所示；路基土層厚100 mm 時lg（CBR）—lgDd關系曲線如圖3 所示；路基土層厚150 mm 時lg（CBR）—lgDd關系曲線如圖4 所示。

圖1 路基土層厚100 mm 時Dd—CBR 關系曲線

圖2 路基土層厚150 mm 時Dd—CBR 關系曲線

圖3 路基土層厚100 mm 時lg（CBR）—lgDd關系曲線

圖4 路基土層厚150 mm 時lg（CBR）—lgDd 關系曲線

由圖1、圖2 可知：①厚度為100 mm 時，路基土層動力錐貫入儀貫入度與CBR 之間以二次多項式評估效果最佳，相關系數為0.81，相關數據之間的離散水平高，需進行進一步的耦合擬合兩者關系；②隨著lgDd的增大，lg（CBR）取值減小，即lg（CBR）與lgDd之間存在負相關性，相關系數為0.76，證實現場CBR 值與動力錐貫入儀貫入度之間的關聯度相對不足。

由圖3 和圖4 可知：①厚度為150 mm 時，路基土層動力錐貫入儀貫入度與現場CBR 值之間以二次多項式評估的效果最佳，相關系數為0.83，相關數據相對分散，可進一步耦合提高數據相關度；②隨著lgDd的增大，lg（CBR）取值減小，即lg（CBR）與lgDd之間存在負相關性，兩者相關系數為0.80，此時相關系數大于路基土層厚度為100 mm 的數據，表明動力錐貫入儀貫入度與現場CBR 值隨著檢測深度的增加相關性提高。

結合上述分析結果，采用二次多項式、指數函數、冪函數相結合的方式對動力錐貫入儀貫入度與現場CBR 值進行擬合，以規(guī)范兩者之間的線性關系（表2）。

表2 路基土層DCP 貫入度與CBR 值的擬合方程

分析表2 可知：①路基土層厚度為100 mm 時，采用二次多項式對動力錐貫入儀貫入度與現場CBR 關系擬合效果較好，相關系數為0.76；②路基土層厚度為150 mm，采用線性函數對動力錐貫入儀貫入度與現場CBR 關系擬合的相關系數與采用二次多項式擬合的系數取值相同，均為0.80；③動力錐貫入儀試驗路基土層大于100 mm 時采用線性函數擬合的效果更佳，相關數據與規(guī)范中的動力錐貫入儀貫入度值與現場CBR 結果的擬合程度相似度高，證實該檢測手段可行。

4 動力錐貫入儀法的工程應用

4.1 路基、基層壓實質量檢測與評估

動力錐貫入儀能夠用于路基壓實質量和承載力檢測，在項目施工中應用效果突出，是評價道路強度和結構土質軟硬程度的重要方法[5]。路基質量檢測時，首先將動力錐貫入儀檢測設備垂直置于路基表面，操作人員手持動力錐貫入儀錐頭和操作探桿，使設備貫入路基土層至目標厚度，獲取貫入度、貫入率、動力錐貫入儀值等數據，對動力錐貫入儀貫入度與現場CBR 值關系進行分析，評估目標路基材料的壓實質量與分層情況。

4.2 評價舊路路基邊坡承載能力

隨著道路交通的不斷發(fā)展，交通流量與日俱增，部分地區(qū)會結合實際情況和通車需求進行道路擴建，故此需對舊道路路邊坡承載力、壓實質量等數據進行檢測，結合檢測數據合理制定施工方案，提高削坡方案設計可行性，實現舊路邊坡合理利用、降低工程成本支出的目的。動力錐貫入儀檢測法在舊路邊坡質量評估中應用廣泛，根據方案需求，在目標路基路面200 mm×200 mm區(qū)域內平整路面，目標區(qū)域內連續(xù)5 次動力錐貫入儀貫入試驗，記錄試驗數據，如貫入率指標均未達標則停止貫入試驗，調整施工目標區(qū)域重復進行貫入試驗。結合現場測試結果對舊路邊坡承載力水平進行評估，結合道路擴展方案進行參數調整，對舊路削坡方案的可行性進行綜合評價，提高方案的可行性，避免施工盲目性導致質量不佳。

4.3 管道回填土與路堤壓實質量檢測質量評估

公路項目多具有工期長、質量要求高、場地有限的特征，對于一些管道回填過程中常規(guī)檢測手段可行性不佳，無法及時獲取管道土方回填密度數據，不利于后續(xù)工序的優(yōu)化設計。應用動力錐貫入儀法后，可及時、快速、準確地獲取回填土壓實質量數據，操作簡便、數據準確率高，為節(jié)約工期、提高工程質量奠定了基礎。動力錐貫入儀法還廣泛應用于路堤施工環(huán)節(jié)，在路堤工程周邊土體附近進行壓實質量檢測、施工中土體填筑質量評估中應用效果可觀。

4.4 路基土體初始數據分析

以動力錐貫入儀試驗結果作為土層分層結構評估和路基承載力水平評價的數據來源，并對工程區(qū)域土體勘測，確定其結構分層情況與性質。

5 結論

動力錐貫入儀法具備施工便捷、操作簡單、數據準確率高等特點，可應用于新建道路、管道施工、溝渠工程等領域。還可以應用于路基承載力與壓實質量分析、回填土質量檢測、舊路邊邊坡承載力評估等方面，應用前景廣闊。