16-T0012/A型DCP動(dòng)力圓錐貫入儀 動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀
1、DCP動(dòng)力圓錐貫入儀概述
動(dòng)力圓錐貫入儀(DCP)是一種輕型輕便的地基土原位測(cè)試的觸探儀,其錘重為8KG,落距575mm,貫入桿長(zhǎng)為1000mm,圓錐頭的直徑是20mm,錐尖為60度,貫入桿可以連接1000mm的鋼直尺,公英制雙面讀數(shù),直接讀記每擊一次的貫入值。
動(dòng)力圓錐貫入儀(DCP)在國(guó)外已經(jīng)在使用中積累了貫入值與相應(yīng)土性指標(biāo)的關(guān)系。其貫入值已經(jīng)與土的彈性模量,CBR,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度建立了關(guān)系,在南非已經(jīng)將貫入值作為路面設(shè)計(jì)的參數(shù)。
1.1 DCP優(yōu)勢(shì)
動(dòng)力圓錐貫入儀(DCP)的優(yōu)點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)便,不受場(chǎng)地限制,適用于施工現(xiàn)場(chǎng)或老路路基承載力評(píng)價(jià)。而動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀(Dynamic Cone Penetrometer,簡(jiǎn)稱DCP)通過(guò)快速檢測(cè)土基的貫入度可有效地克服灌沙、環(huán)刀、灌水與電動(dòng)取土器等方法的缺點(diǎn),是新一代土基壓實(shí)性能的快速檢測(cè)設(shè)備;同時(shí)DCP與現(xiàn)場(chǎng)路基加州承載比(California Bearing Ratio,簡(jiǎn)稱CBR)和回彈模量之間具有良好的相關(guān)性,可用來(lái)評(píng)價(jià)路基的強(qiáng)度。(根據(jù)AASHTO公式轉(zhuǎn)換)
1.2 DCP分析方法
由于動(dòng)力錐貫入儀在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少,因而目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有相關(guān)的分析方法,根據(jù)美國(guó)AASHTO的規(guī)定,DCP測(cè)試結(jié)果與CBR之間存在如下的關(guān)系:
CBR=405.3/PR1.259
公式中,PR為DCP測(cè)試的貫入率,mm/錘擊次;CBR為加州承載比,%。
因此,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)記錄DCP的貫入率,即可快速計(jì)算土基CBR,初步評(píng)價(jià)路基各層承載能力。
1.3 DCP測(cè)試原理
DCP由英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室(T ranspor tat ion,Research Labor atory,簡(jiǎn)稱TRL)開發(fā),總重為20kg。
主要包括落高為575mm的8kg落錘、貫入桿、標(biāo)尺及與貫入桿端部連接的直徑為20mm的圓錐錐尖,其中:錐尖的錐角為60度,其構(gòu)件與尺寸具體如圖1所示。
1:10000mm讀尺
2:貫入桿 上桿803mm
3:連接圓盤 105mm
4:落距:575mm
5、貫入桿:下桿910mm
6、底板:300mm*60mm*8mm
7、落錘:8KG
8、錐頭:直徑20mm,角度60度
2 動(dòng)力圓錐貫入儀DCP測(cè)試方法
DCP測(cè)試時(shí),通常需要3個(gè)人員操作,其中:一人握住手柄,豎起并扶住儀器,同時(shí)將錐尖朝下貼緊土基表面,并盡量使貫入桿垂直于土基表面;一人提升落錘并讓其自由下落,一人記錄每2次錘擊后對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)。
2.1 DCP測(cè)試步驟
(1)在試驗(yàn)地點(diǎn)選擇干燥平坦的表面,如果表面有浮土或土質(zhì)較松軟,應(yīng)用鏟子將表面一層土鏟去,鏟去土的厚度不宜大于2cm,如表面浮土較深,應(yīng)在附近另選一側(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。
(2)將圓錐頭連接到安裝好的動(dòng)力貫入儀桿上。
(3)將圓錐頭對(duì)準(zhǔn)要檢測(cè)的土的表面,同時(shí)確保貫入桿豎直。
(4)在貫入桿旁邊放好標(biāo)尺,標(biāo)尺要平行于貫入桿。
(5)有一人扶好貫入桿,另一個(gè)人舉起重錘,然后松手放下重錘。
(6)落錘砸下后,記錄單次貫入深度超過(guò)5mm后的錘擊次數(shù)與桿身貫入深度;如果單次貫入深度小于5mm,應(yīng)在多次錘擊到貫入深度大于5mm后記錄貫入深度及該序列累計(jì)錘擊次數(shù)。測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)按照規(guī)定表格由專人記錄。
(7)至貫入深度達(dá)到要求(貫入深度達(dá)到或稍微超過(guò)當(dāng)前被檢壓實(shí)層層厚)后,取出貫入桿,結(jié)束測(cè)試。
(8)在貫入過(guò)程中,如圓錐頭遇到石塊或其它蝕物致使貫入桿無(wú)法繼續(xù)貫入時(shí)停止測(cè)試。本次數(shù)據(jù)記錄成作廢,另外在貫入孔附近40cm范圍內(nèi)另選擇一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。
(9)測(cè)試完畢后將貫入桿從中部連接處拆開,連同標(biāo)尺及落錘一起放進(jìn)工具箱內(nèi),以備下次使用。
2.2 DCP測(cè)試顯示
由此,貫入桿在落錘的沖擊作用下,逐漸貫入土基內(nèi)部,顯然,土基越堅(jiān)硬,貫入一定深度的次數(shù)就越多,相應(yīng)的每錘貫入的深度就越??;反之,土基越軟,則貫入一定深度的次數(shù)就越少,而每錘貫入深度就越大。因此,DCP的測(cè)試結(jié)果可以反映土基內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性能和壓shi情況。
DCP可在85cm的深度范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)測(cè)試,一般情況下,DCP測(cè)試1個(gè)測(cè)點(diǎn)只需1~3min的時(shí)間,具有快速檢測(cè)的特點(diǎn),為此,其測(cè)試結(jié)果采用貫入度為反映:
DN=?Y/N
DN為貫入度,mm/錘,?Y為從第1錘至后1錘的總貫入深度,mm;N為錘擊次數(shù)。
3、動(dòng)力圓錐貫入義DCP測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析
DCP貫入度與其他指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)值均大于0.70,特別是與壓實(shí)度和彎沉之間的相關(guān)系數(shù)值超過(guò)0.80,這說(shuō)明貫入度與彎沉、靜回彈模量、動(dòng)模量、壓實(shí)度、干密度及含水量之間均存在著良好的雙對(duì)數(shù)關(guān)系。其中,靜回彈模量、動(dòng)模量、壓實(shí)度及干密度與貫入度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,彎沉和含水量與貫入度呈正相關(guān)關(guān)系。
因此,表明貫入度可以反映土基的設(shè)計(jì)指標(biāo)(回彈模量)及施工指標(biāo)(壓實(shí)度和彎沉),故采用DCP評(píng)價(jià)土基的強(qiáng)度、剛度及壓實(shí)性能是可行的,上述經(jīng)驗(yàn)公式可作為DCP評(píng)價(jià)此類土基的壓實(shí)性能參考。
3.1測(cè)試結(jié)論
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)選取成型土質(zhì)路基,分別采用DCP、貝克曼梁、承載板、PFWD及灌砂法等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法對(duì)土基性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。
回歸分析結(jié)果顯示,DCP貫入度與土基設(shè)計(jì)指標(biāo)(靜回彈模量和動(dòng)模量)及施工指標(biāo)(壓實(shí)度、干密度、含水量及彎沉)等之間具有良好的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)值均大于0.70,這表明通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定并建立DCP與其他檢測(cè)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系,就可以采用DCP替代傳統(tǒng)的檢測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)并評(píng)價(jià)土基的強(qiáng)度和剛度及壓實(shí)性能。
4、路基頂面處治深度的分析(舉例)
為了解土基頂面的狀況,對(duì)滬寧高速中緊急??繋坊?5區(qū)路基處理前后進(jìn)行了DCP試驗(yàn)。結(jié)果如下:表2
表2 路基DCP試驗(yàn)各層貫入率加權(quán)平均值
樁號(hào) | 大貫入深度(mm) | 0~20cm貫入率加權(quán) 平均值 | 20~40cm貫入率加權(quán) 平均值 | 40~60cm貫入率加權(quán) 平均值 | 60~80cm貫入率加權(quán) 平均值 | 貫入總量的貫入率加權(quán)平均值 |
K0+280 | 543 | 10.56 | 16.54 | 17.23 |
| 15.344 |
K0+360 | 702 | 30.38 | 40.31 | 11.40 | 7.24 | 16.07 |
K0+415 | 553 | 51.01 | 17.08 | 10.09 |
| 17.32 |
K0+450 | 670 | 74.88 | 29.25 | 11.01 | 8.24 | 16.69 |
K0+530 | 740 | 21.22 | 63.23 | 15.15 | 5.89 | 12.40 |
K0+540 | 724 | 44.07 | 98.08 | 30.74 | 25.53 | 38.72 |
K0+560 | 850 | 33.14 | 92.31 | 26.68 | 15.28 | 27.74 |
K0+570 | 805 | 38.65 | 41.78 | 12.00 | 14.41 | 19.18 |
K0+580 | 764 | 10.82 | 29.37 | 35.25 | 15.49 | 20.47 |
土基頂面絕大部分測(cè)點(diǎn)表層以下0-40cm范圍內(nèi)CBR偏低,土層較松軟,約占測(cè)點(diǎn)數(shù)60%,表明這些測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的0-40cm范圍內(nèi)土基強(qiáng)度相對(duì)較差;土基頂面部分測(cè)點(diǎn)表層以下40-60cm范圍內(nèi)CBR偏低,約占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的19%,表明這些測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的40-60cm范圍內(nèi)土基強(qiáng)度相對(duì)較差;土基頂面60cm以下范圍內(nèi)CBR整體上數(shù)值較高;根據(jù)測(cè)試情況,緊急??繋с娕俾访娼Y(jié)構(gòu)后,路基處理深度40cm為宜。
5、路基壓實(shí)質(zhì)量快速檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
在測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,建立了路基壓實(shí)質(zhì)量快速檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
5.1 NPR(單個(gè)測(cè)點(diǎn)每層填土貫入度PR加權(quán)平均值)計(jì)算
測(cè)點(diǎn)每層填土貫入率PR加權(quán)平均值計(jì)算如下:
PR—DCP測(cè)試的貫入率,單位mm/錘擊次,通常取一次錘擊數(shù)值。
NPR—測(cè)試土層PR加權(quán)平均值。
說(shuō)明:∑h1應(yīng)小于抽檢壓實(shí)填土層厚度。
5.2KNPR(檢驗(yàn)評(píng)定段的NPR代表值)計(jì)算
檢驗(yàn)評(píng)定段的填土NPR(測(cè)點(diǎn)每層填土PR加權(quán)平均值)代表值為:
式中:t0-t分布表中隨測(cè)點(diǎn)數(shù)和保證率而變的系數(shù)。對(duì)于高速公路路基,保證率取固定值95%;S-檢測(cè)值的均方差;n-檢測(cè)點(diǎn)數(shù);
NPR0—檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)NPR的規(guī)定值;
NPR—檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)NPR的平均值;
KNPR—檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)NPR的代表值。
6、規(guī)范的記錄表格(舉例)
6.1蘇丹的一個(gè)項(xiàng)目的記錄結(jié)果,以此為例:分別為
樁號(hào) | 大貫入深度(mm) | 0~20cm貫入率加權(quán) 平均值 | 20~40cm貫入率加權(quán) 平均值 | 40~60cm貫入率加權(quán) 平均值 | 60~80cm貫入率加權(quán) 平均值 | 貫入總量的貫入率加權(quán)平均值 |
K0+280 | 543 | 10.56 | 16.54 | 17.23 |
| 15.344 |
K0+360 | 702 | 30.38 | 40.31 | 11.40 | 7.24 | 16.07 |
K0+415 | 553 | 51.01 | 17.08 | 10.09 |
| 17.32 |
K0+450 | 670 | 74.88 | 29.25 | 11.01 | 8.24 | 16.69 |
K0+530 | 740 | 21.22 | 63.23 | 15.15 | 5.89 | 12.40 |
K0+540 | 724 | 44.07 | 98.08 | 30.74 | 25.53 | 38.72 |
K0+560 | 850 | 33.14 | 92.31 | 26.68 | 15.28 | 27.74 |
K0+570 | 805 | 38.65 | 41.78 | 12.00 | 14.41 | 19.18 |
K0+580 | 764 | 10.82 | 29.37 | 35.25 | 15.49 | 20.47 |
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