16-T0012/A型DCP動力圓錐貫入儀 動態(tài)圓錐貫入儀
1、DCP動力圓錐貫入儀概述
動力圓錐貫入儀(DCP)是一種輕型輕便的地基土原位測試的觸探儀,其錘重為8KG,落距575mm,貫入桿長為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。
動力圓錐貫入儀(DCP)在國外已經(jīng)在使用中積累了貫入值與相應土性指標的關系。其貫入值已經(jīng)與土的彈性模量,CBR,無側限抗壓強度建立了關系,在南非已經(jīng)將貫入值作為路面設計的參數(shù)。
1.1 DCP優(yōu)勢
動力圓錐貫入儀(DCP)的優(yōu)點是快速、簡便,不受場地限制,適用于施工現(xiàn)場或老路路基承載力評價。而動態(tài)圓錐貫入儀(Dynamic Cone Penetrometer,簡稱DCP)通過快速檢測土基的貫入度可有效地克服灌沙、環(huán)刀、灌水與電動取土器等方法的缺點,是新一代土基壓實性能的快速檢測設備;同時DCP與現(xiàn)場路基加州承載比(California Bearing Ratio,簡稱CBR)和回彈模量之間具有良好的相關性,可用來評價路基的強度。(根據(jù)AASHTO公式轉換)
1.2 DCP分析方法
由于動力錐貫入儀在國內(nèi)應用較少,因而目前國內(nèi)尚沒有相關的分析方法,根據(jù)美國AASHTO的規(guī)定,DCP測試結果與CBR之間存在如下的關系:
CBR=405.3/PR1.259
公式中,PR為DCP測試的貫入率,mm/錘擊次;CBR為加州承載比,%。
因此,通過現(xiàn)場測試時記錄DCP的貫入率,即可快速計算土基CBR,初步評價路基各層承載能力。
1.3 DCP測試原理
DCP由英國交通研究實驗室(T ranspor tat ion,Research Labor atory,簡稱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 動力圓錐貫入儀DCP測試方法
DCP測試時,通常需要3個人員操作,其中:一人握住手柄,豎起并扶住儀器,同時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次錘擊后對應的標尺讀數(shù)。
2.1 DCP測試步驟
(1)在試驗地點選擇干燥平坦的表面,如果表面有浮土或土質(zhì)較松軟,應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,應在附近另選一側點進行測試。
(2)將圓錐頭連接到安裝好的動力貫入儀桿上。
(3)將圓錐頭對準要檢測的土的表面,同時確保貫入桿豎直。
(4)在貫入桿旁邊放好標尺,標尺要平行于貫入桿。
(5)有一人扶好貫入桿,另一個人舉起重錘,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錘擊次數(shù)。測試數(shù)據(jù)應按照規(guī)定表格由專人記錄。
(7)至貫入深度達到要求(貫入深度達到或稍微超過當前被檢壓實層層厚)后,取出貫入桿,結束測試。
(8)在貫入過程中,如圓錐頭遇到石塊或其它蝕物致使貫入桿無法繼續(xù)貫入時停止測試。本次數(shù)據(jù)記錄成作廢,另外在貫入孔附近40cm范圍內(nèi)另選擇一測點進行測試。
(9)測試完畢后將貫入桿從中部連接處拆開,連同標尺及落錘一起放進工具箱內(nèi),以備下次使用。
2.2 DCP測試顯示
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,土基越堅硬,貫入一定深度的次數(shù)就越多,相應的每錘貫入的深度就越??;反之,土基越軟,則貫入一。
DCP可在85cm的深度范圍內(nèi)進行連續(xù)測試,一般情況下,DCP測試1個測點只需1~3min的時間,具有快速檢測的特點,為此,其測試結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、動力圓錐貫入義DCP測試結果對比分析
DCP貫入度與其他指標之間的相關系數(shù)值均大于0.70,特別是與壓實度和彎沉之間的相關系數(shù)值超過0.80,這說明貫入度與彎沉、靜回彈模量、動模量、壓實度、干密度及含水量之間均存在著良好的雙對數(shù)關系。其中,靜回彈模量、動模量、壓實度及干密度與貫入度呈負相關關系,彎沉和含水量與貫入度呈正相關關系。
因此,表明貫入度可以反映土基的設計指標(回彈模量)及施工指標(壓實度和彎沉),故采用DCP評價土基的強度、剛度及壓實性能是可行的,上述經(jīng)驗公式可作為DCP評價此類土基的壓實性能參考。
3.1測試結論
通過現(xiàn)場選取成型土質(zhì)路基,分別采用DCP、貝克曼梁、承載板、PFWD及灌砂法等現(xiàn)場測試方法對土基性能進行了對比測試。
回歸分析結果顯示,DCP貫入度與土基設計指標(靜回彈模量和動模量)及施工指標(壓實度、干密度、含水量及彎沉)等之間具有良好的相關關系,相關系數(shù)值均大于0.70,這表明通過現(xiàn)場標定并建立DCP與其他檢測指標的相關關系,就可以采用DCP替代傳統(tǒng)的檢測方法,實現(xiàn)快速檢測并評價土基的強度和剛度及壓實性能。
4、路基頂面處治深度的分析(舉例)
為了解土基頂面的狀況,對滬寧高速中緊急??繋坊?5區(qū)路基處理前后進行了DCP試驗。結果如下:表2
表2 路基DCP試驗各層貫入率加權平均值
樁號 | 大貫入深度(mm) | 0~20cm貫入率加權 平均值 | 20~40cm貫入率加權 平均值 | 40~60cm貫入率加權 平均值 | 60~80cm貫入率加權 平均值 | 貫入總量的貫入率加權平均值 |
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點表層以下0-40cm范圍內(nèi)CBR偏低,土層較松軟,約占測點數(shù)60%,表明這些測點對應的0-40cm范圍內(nèi)土基強度相對較差;土基頂面部分測點表層以下40-60cm范圍內(nèi)CBR偏低,約占總測點數(shù)的19%,表明這些測點對應的40-60cm范圍內(nèi)土基強度相對較差;土基頂面60cm以下范圍內(nèi)CBR整體上數(shù)值較高;根據(jù)測試情況,緊急??繋с娕俾访娼Y構后,路基處理深度40cm為宜。
5、路基壓實質(zhì)量快速檢測評定標準
在測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎上,建立了路基壓實質(zhì)量快速檢測評定標準。
5.1 NPR(單個測點每層填土貫入度PR加權平均值)計算
測點每層填土貫入率PR加權平均值計算如下:
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