高速公路砂土路基壓實度測試方法研究

王 輝

(石家莊市軌道交通有限責任公司)

1 引 言

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

2 長桿貫入儀和動力錐貫入儀簡介

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度的儀器設備。土的密度不同，壓實度也不同，利用長桿貫入儀貫入相同的深度需要的錘擊次數有所區別，因此，能夠利用其貫入土基一定深度的錘擊次數多少來反映土基的壓實度。

2.2 動力錐貫入儀

動力錐貫入儀(DCP)也常被用來檢測評價土基的強度，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、快捷而經濟的特性深受工程技術人員青睞。

3 現場檢測方案

為了研究對于粉砂土長桿貫入儀、DCP 和壓實度之間的關系，依托實際工程鄭民高速(開封段)，選取樁號K35 +100～K45 +683 之間18 個測點(從96 區、94 區和93 區三個不同的壓實區選取)，分別進行了長桿貫入儀、DCP 和壓實度檢測試驗。每個測點進行完灌砂法測壓實度試驗后再在南北兩側進行長桿貫入儀和DCP 試驗，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。

4 數據分析

4.1 長桿貫入儀

試驗共選取了27 個測點，每個測點進行了兩組長桿貫入儀試驗，所以相當于共有54 組壓實度和長桿貫入儀錘擊次數的對比數據。每組數據中包含長桿貫入儀分別貫入土基10 cm、20 cm、30 cm 和40 cm 時對應的錘擊次數?，F研究壓實度和長桿貫入儀分別貫入土基10 cm、20 cm、30 cm 和40 cm 時對應的錘擊次數之間的關系。

(1)壓實度和長桿貫入儀貫入土基10 cm 時對應的錘擊次數之間的關系研究。

從試驗數據中挑出當長桿貫入儀貫入土基10 cm 時壓實度分別大致為93%、94%、95%和96%對應的錘擊次數，然后求和取平均值，得到當長桿貫入儀貫入土基10 cm 時壓實度93%、94%、95%和96%對應的平均錘擊次數分別為7、6.96、7 和9.29，然后以壓實度為橫坐標，平均錘擊次數為縱坐標繪制壓實度和錘擊次數之間的關系圖，結果如圖1 所示。

圖1 壓實度和長桿貫入儀貫入土基10 cm 時對應的平均錘擊次數關系

圖2 壓實度和長桿貫入儀貫入土基20 cm 時對應的平均錘擊次數關系

從圖1 中可以看到，壓實度為93%、94%和95%時對應的平均錘擊次數都為7 或者非常接近7，這和隨著壓實度的增加錘擊次數也相應增加的實際情況不符，出現這種情況主要是因為有些測點表面沒有完全壓實，長桿貫入相對較淺的10 cm 時對應的錘擊次數較少，不能很好地反映壓實度的大小。

(2)壓實度和長桿貫入儀貫入土基20 cm 時對應的錘擊次數之間的關系研究。

從試驗數據中挑出當長桿貫入儀貫入土基20 cm 時壓實度分別大致為93%、94%、95%和96%對應的錘擊次數，然后求和取平均值，得到當長桿貫入儀貫入土基20 cm 時壓實度93%、94%、95%和96%對應的平均錘擊次數分別為22.75、23.54、24.83 和30.86，然后以壓實度為橫坐標，平均錘擊次數為縱坐標繪制壓實度和錘擊次數之間的關系圖，結果如圖2 所示。

從圖2 可以明顯看出，隨著壓實度的增加，長桿貫入20 cm所需的平均錘擊次數增加，從圖中讀取對應壓實度93%、94%、95%和96%合適的錘擊次數分別為23、24、26、31。

(3)壓實度和長桿貫入儀貫入土基30 cm 時對應的錘擊次數之間的關系研究。

從試驗數據中挑出當長桿貫入儀貫入土基30cm 時壓實度分別大致為93%、94%、95%和96%對應的錘擊次數，然后求和取平均值，得到當長桿貫入儀貫入土基30 cm 時壓實度93%、94%、95%和96%對應的平均錘擊次數分別為42.5、59.96、62.5 和72.86，然后以壓實度為橫坐標，平均錘擊次數為縱坐標繪制壓實度和錘擊次數之間的關系圖，結果如圖3 所示。

圖3 壓實度和長桿貫入儀貫入土基30 cm 時對應的平均錘擊次數關系

圖4 壓實度和長桿貫入儀貫入土基40 cm 時對應的平均錘擊次數關系

同樣，從圖3 可以明顯得看出，隨著壓實度的增加，長桿貫入30 cm 所需的平均錘擊次數增加，從圖中讀取對應壓實度93%、94%、95%和96%合適的錘擊次數分別為45、60、65、73。

(4)壓實度和長桿貫入儀貫入土基40 cm 時對應的錘擊次數之間的關系研究。

從試驗數據中挑出當長桿貫入儀貫入土基40 cm 時壓實度分別大致為93%、94%、95%和96%對應的錘擊次數，然后求和取平均值，得到當長桿貫入儀貫入土基40 cm 時壓實度93%、94%、95%和96%對應的平均錘擊次數分別為68.5、107.58、112.67 和133.57，然后以壓實度為橫坐標，平均錘擊次數為縱坐標繪制壓實度和錘擊次數之間的關系圖，結果如圖4 所示。

圖4 中曲線的規律和圖3 中曲線的規律非常相似，隨著壓實度的增加，長桿貫入40 cm 所需的平均錘擊次數增加，從圖中讀取對應壓實度93%、94%、95%和96%合適的錘擊次數分別為70、110、120、135。

(5)檢驗標準的制定。

經過試驗數據的處理和分析，可以發現長桿貫入儀很好地反映土基的壓實情況，長桿貫入儀的錘擊次數隨著壓實度的增加而增加。由于長桿貫入儀具有簡便、高效和更大的檢測深度的優點，可以使用長桿貫入儀來評定和控制土基的壓實質量。

基于上述試驗數據結果的分析，可以制定長桿貫入儀針對工程項目鄭民高速(開封段)中壓實度檢驗的標準，結果見表1。用長桿貫入儀檢驗和控制路基壓實質量時，當錘擊次數等于或者大于表1 中數值，即表明壓實度已經滿足要求。

表1 長桿貫入儀檢驗標準

4.2 動力錐貫入儀

DCP 試驗通常以每貫入300 mm 的錘擊數來反映路基的承載力，從中選取當DCP 貫入土基30 cm 時每個壓實度對應的PR 值結果進行分析。

當測點進行南北兩次測試時取平均值，只進行一次測試時直接取一次的測試結果，去除一些明顯是試驗或者記錄錯誤的數據，然后以PR 為橫坐標，壓實度為縱坐標，繪制壓實度和PR 之間的關系如圖5 所示。

圖5 壓實度和PR 之間的關系

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

K=192.29PR－0.2315

公式的相關系數為0.824，表明對于粉砂土壓實度和PR之間具有較好的相關性。

5 結 論

利用實際工程對長桿貫入儀、DCP 和壓實度之間的關系，通過現場試驗和結果分析，可以得出以下結論。

(1)分析長桿貫入儀和壓實度之間的關系可以發現，當長桿貫入深度為20 cm、30 cm 和40 cm 時，長桿貫入儀的錘擊次數和壓實度正相關，即壓實度越大，對于某一深度需要的錘擊次數也就越多。利用長桿貫入儀進行路基壓實質量快速檢測和評定是可行性的，通過繪制壓實度和錘擊次數之間的關系曲線，建立了長桿貫入儀分別貫入20 cm、30 cm 和40 cm 時進行壓實度快速檢測和評定的標準。

(2)在施工現場選擇18 個測點進行DCP 試驗并用傳統灌砂法檢測測點的壓實度，對DCP 的試驗結果進行分析處理，求貫入每個深度對應的貫入度PR，以雙對數模型建立貫入30 cm 時PR 與壓實度的相關關系方程，方程相關系數為0.824，相關性良好，表明應用DCP 也可以快速地對路基結構的壓實質量進行檢測和評價。

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