水稳层的压实度取样(路基路面压实度原位快速检测方法研究)

Posted 2023-05-30

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水稳层的压实度取样(路基路面压实度原位快速检测方法研究)

李玉才徐玮侯君辉

海南省交通工程质量监督管理局长安大学北京市路兴公路新技术有限公司

摘要：本课题针对现有路基路面压实度检测方法普遍存在的一些不足，探索路基路面压实度检测的新方法。本研究参考贯入抗力试验方法，利用重锤夯击路基路面顶面，使其产生变形——沉降，通过测定沉降量及其影响因素，对路基路面的压实质量进行快速测定，具有快速、准确、适应性强等特点，为非破坏性原位检测方法。在本课题中，首先定义了压实度K与受检体竖向变形——沉降量h的关系，即K=f(h)=ah+b并进行验证，然后定义了受检体中含水量w对其检测变形h的影响，即h=f(w)=α(w-w0)2+β并进行测验，从而得出结论:在求得受检体含水量w对其检测变形h的影响后，可以通过对受检体沉降变形的检测求得受检体的压实度K值。本课题主要解决三个关键技术问题:一是提出了适用于路基压实度原位检测的测定方法，确定了检测指标、检测流程及计算方法;二是确定了新方法检测仪器设备的相关参数，研制了易于操作的路基压实度原位快速检测装备;三是为后续研究做了方法上的准备。本检测方法可以在施工过程中随时进行，可以动态地对现场施工进行指导。本课题的研究使路基压实度检测更为方便、可靠，为路基压实度指标现场检测工作提供了易于推广的新方法。

关键词：路基路面;压实度;夯击法;沉降量;原位检测;

在公路工程的施工中，压实是非常重要的一个环节，压实度是判断工程质量好坏的最直接最重要的一个标准，不管是路基，路面底基层、基层和路面都必须要有很好的压实。

目前国内外压实度的检测方法较多，有直接检测，也有间接检测，最直观最准确的方法为灌砂法。但灌砂法、环刀法，以及核子测量法均是停留在结果检测，同时，灌砂法、环刀法仍属于有损检测，不但操作麻烦费时费工，同时还耗费大量的财力物力等，已经不能适应当前规模大、无破损、速度快、精度高的检测要求。

本课题针对现有路基路面压实度检测方法存在的缺陷与不足，参考贯入抗力试验方法，提出一种新的路基路面原位快速检测方法，并开发新的检测设备。

1 路基路面压实度快速检测方法研究

路基路面成形过程就是土体和集料被不断压实的工程，压实质量就是路基路面施工质量最基本的内在指标。现场压实质量用压实度表示。

对于施工中的每一个压实层而言，如原土(集料、混合料)层厚度为H，容重为ρ，经夯击后局部发生变形，受荷体(近似按圆柱体计算)平均直径由D变为D'，截面积由A变为A'，厚度变为H'，容重变为ρ'，产生的局部沉降变形为h，则对截面积约为A'质量为G的锤下局部受荷体而言，根据:G=ρ×v=ρ'×v'

可得:

即对路基的沉降变形测量后通过归纳分析和数值计算求得压实度数据。

考虑到路基含水量对夯击检测时沉降变形的影响，应对含水量与变形的关系进行研究。

因此，设:

或:

用夯击法检测路基路面的压实度，要求对一定体积的实体施加荷载，进而检测其应力与应变，其检测流程如下:

落锤下落的力值与路基下沉深度通过加速度传感器与位移传感器输出信号，由数据采集卡(A/D转换模块)采集输出，经处理后作为检测数据。

现场检测系统构想如图2。

图1 路基压实度快速检测流程图下载原图

图2 路基压实度快速检测原理图下载原图

2 路基路面压实度快速检测设备研究

路基路面压实度原位快速检测装备的设计思路是:通过采集路基路面在夯击时检测到的加速度信号、位移信号与被压实材料密实度的指标来间接测定密实程度。设备构成如下:

击实锤:用夯击法检测路基路面的压实程度，要求每次夯击时锤下单位面积的夯击功JM约等于标准击实试验的单次击实功，单位体积的夯击功JT达到标准击实试验的击实功的一定比例。

加速度传感器的选型:用以检测在落锤冲击作用下路基的响应特征，通过比较，项目组选用朗斯加速度传感器。

激光测距传感器的选型:用以检测每次夯击后重锤顶面与设备支架上的基准点的距离，进而计算路基顶面的沉降量。要求结构简单、测量距离大、抗干扰、测量准确度高。

数据采集系统的选型:经过比选，选择了采样频率高、输入范围广，与LabVIEW、LabWindows/CVI和Visual Studio.NET的Measurement Studio兼容的数据采集系统。

检测设备定型:主要包括16通道的加速度信号采集通道，1通道的激光位移信号采集通道，数据采集专用控制箱等。

经二次研制，定型的夯击法检测设备如图3所示。

图3 定型(第二款)的检测设备结构图下载原图

3 夯击法压实度检测的试验与验证

3.1 第一阶段现场压实度试验(初试)

课题组在两个工地选择2个施工段，每种土在现场压实后选择8～10点分别用夯击法和灌砂法检测压实度。

将一标和二标路基夯击数据汇总的数据进行归一化处理后，得到两段夯击次数与路基表面沉降的趋势图，从图中可以看出，在初始阶段，路基顶面沉降量与夯击次数呈线性关系，夯击次数较多后沉降量出现减缓。得到的路基表面沉降与夯击次数的对比图如4:

图4 土路基击实次数与沉降趋势图下载原图

课题组分别对现场5次夯击、10次夯击、20次夯击的累计沉降量与灌砂法压实度进行线性回归，把夯击法检测的沉降量换算为该点的压实度值。试验结果汇总见表1。

表1 现场第一次夯击法压实度试验结果汇总下载原图

试验结果说明:通过对夯击法检测数据的回归，可以对其压实程度进行检测。

经对试验数据分析，夯击次数应以5～10次为宜，不应过多。

3.2 夯击法室内压实度试验(再试)

为了寻找土质均匀、压实效果可控的试验场地，课题组在长安大学“道路施工技术与装备”实验室进行了室内夯击法压实度试验。

在试验层碾压2遍、6遍、8遍、12遍后，用夯击法检测沉降量，与灌砂法检测的压实度进行对比。

经数据分析，长安大学室内试验中用快速检测仪检测的土体的平均压实度与每次夯击的单次相对沉降量成反比，与累计的总体沉降量成正比，所得规律与第一次现场试验的规律相同。详细如下:

表2 室内试验压实度与沉降量关系汇总分析表下载原图

3.3 夯击法快速检测的含水量影响试验

为了探索土体含水量对沉降变形的影响，课题组分别从海南建设项目的4个路段中选取与室外压实度试验路段一致的土样做室内试验，求取土样的“沉降量———含水量”关系，以便对土样的沉降量进行修正———把非最佳含水量时的沉降量修正为最佳含水量时的沉降量。

该室内试验分别参照标准击实试验和稳定土稳定度试验的方法进行，分别采用夯击法和静压法制样，通过对不同含水量的土样击实，求取其击实变形值(沉降量)与含水量的关系。

经对试验结果整理，土样变形与含水量有如下关系:

表3 土样变形与含水量关系表下载原图

以上试验表明:通过室内试验，含水量对土样变形(沉降)的影响是可以预知的。

3.4 夯击法第二阶段现场压实度试验(验证)

课题组在对影响土体沉降量的因素进行了定量分析后，分别在海南建设项目的2个项目4个路段进行夯击法检测，土的类别有砂砾土，也有红粘土，但变形规律基本一致。

根据3.3的研究，对以上4个路段的现场夯击检测变形值(沉降量)按照:

的关系进行含水量修正。

λ为变形修正系数，λ=H0/Hw=h0/hw;H=H0为检测现场土体在最佳含水量时的沉降量;Hw为检测现场土体在任意(非最佳)含水量时的沉降量;h0为室内试验时土体在相对最佳含水量时的沉降量;hw为室内试验时土体在任意(非最佳)含水量时的沉降。

对修正后的夯击法检测的变形值与灌砂法检测的压实度值线性回归，可得到以下关系:

表4 夯击法第二阶段现场压实度对比试验结果汇总下载原图

以上结果证明:利用室内击实试验的数据对夯击法检测的变形量(沉降量)进行修正后求取现场施工压实度的方法是可行的。

4 结论

本课题提出了利用夯击这种非破损的方式对路基路面压实度进行检测，经验证在路基检测中可成功实现，为大量、快速检测路基压实度奠定了基础。

夯击法检测压实度的方法直观、物理概念明确，与灌砂法检测的数值相关性强，结果准确且简便易行，值得推广应用。

通过对不同类别、不同级配的路基进行大规模的检测，在统计分析后建立本检测方法的“数据库”，可以在“大数据”的基础上建立路基压实度夯击法现场检测评价的标准体系。

参考文献

[1] JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准(第一册，土建工程)．

[2] JTGE60-2008，公路路面现场测试规程．

[3] 沙庆林．公路压实与压实标准．北京:人民交通出版社，2001．

[4] 李怒放．Evd路基压实标准在铁路规范中的规定．铁道标准设计，2004(7)．

[5] 赵江．路基压实度动测方法的研究．湖南:湖南大学，2005.05.

水稳层的压实度取样(路基路面压实度原位快速检测方法研究)

水稳层的压实度取样(路基路面压实度原位快速检测方法研究)

李玉才 徐玮 侯君辉

海南省交通工程质量监督管理局 长安大学 北京市路兴公路新技术有限公司

1 路基路面压实度快速检测方法研究

2 路基路面压实度快速检测设备研究

3 夯击法压实度检测的试验与验证

3.1 第一阶段现场压实度试验(初试)

3.2 夯击法室内压实度试验(再试)

3.3 夯击法快速检测的含水量影响试验

3.4 夯击法第二阶段现场压实度试验(验证)

4 结论

参考文献

李玉才徐玮侯君辉

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