基于动态圆锥贯入检测的农村公路路基施工质量控制

弗Ｉｕ面昂‘划　恍Ｔ１ｃ父皿玟币　ＶＯ１．１Ｕ　Ｎ０．Ｚ　２０１３年４月　Ｍｏｄｅｍ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｒ．２０１３　基于动态圆锥贯入检测的农村公路　路基施工质量控制　潘向军　，马　涛　，何　平　（１．安徽省公路管理局，安徽合肥２３００３２；２．东南大学交通学院，江苏南京２１００９６）　摘要：控制路基施工质量的传统方法和先进技术都有一定的局限性，通过总结国内外的资料以及室内试验，研究　了动态圆锥贯入（ＤＣＰ）检测所得的贯入比率ＰＲ和加州承载比ＣＢＲ、土基回弹模量Ｅ０以及土基压实度的关系，从而　得出采用动态圆锥贯入仪控制农村公路的路基施工质量具有良好的适用性。　关键词：农村公路；路基施工；质量控制；动态圆锥贯入检测；贯入比率　中图分类号：Ｕ４１６．０４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９８８９（２０１３）０２—０００５—０３　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｉｎ　Ｒｕｒａｌ　Ｒｏａｄ　Ｕｓｉｎｇ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｎｅ　Ｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ　Ｔｅｓｔ　Ｐａｎ　Ｘｉａｎｇｊｕｎ　，Ｍａ　Ｔａｏ　，Ｈｅ　Ｐｉｎｇ　（１．Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｅｆｏｉ　２３００３２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｏｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ（Ｑｃ）ａｎｄ　ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｑｃ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ａｓｓｅｓｓ　ｔｈｅ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｃｏｎ－　ｓｔｍｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ＱＣ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｆｅｌｄ　ａｎｄ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｔｅｓｔｓ．Ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｅ　ｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＤＣＰ）ｔｅｓｔ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｒａｔｉｏ，ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ　ｍｏｄｕｌｕｓ，ａｎｄ　ｄｒｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｃｕｒｖｅ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ＤＣＰ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ＱＣ　ｏｆ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｕｒａｌ　ｒｏａｄ；ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ＤＣＰ　ｔｅｓｔ；ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　路基的施工质量在很大程度上影响了农村公　仪（ＤＣＰ），最开始的ＤＣＰ的圆锥头是３０。；１９８２年，　Ｋｌｅｙｎ在原有的ＤＣＰ基础上进行开发，使用６Ｏ。的　圆锥头，这种设计后来被各国认同而逐渐推广。¨　１．１　ＤＣＰ工作原理及检测步骤　路水泥混凝土路面的使用性能，特别是新旧路基的　不均匀支撑，极易造成水泥混凝土路面的损坏。因　此，控制农村公路的路基施工质量十分重要。但是　依靠传统的灌砂法测路基压实度以及承载板测回　动态圆锥贯入仪结构如图１所示，主要包括以　下几部分：手柄（带螺口）、８　ｋｇ的落锤（固定落距　５７５　ｒａｍ）、直径为１６　ｍｍ的支撑钢杆和贯入杆（贯　弹模量效率较低，而核子密度仪和ＦＷＤ价格较贵　并且技术要求高，应用于农村公路的适用性差，所　以本文引入动态圆锥贯入仪（ＤＣＰ）进行农村公路　的路基施工质量控制。　１　动态圆锥贯入仪工作原理及数据分析　入杆长度１　０００　ｍｍ）、圆盘（连接支撑钢杆和贯人　杆以及截挡落锤）、圆锥头（锥头直径２０　ｍｍ，锥角　为６０。，锥头可拆卸）、用来读取贯人深度的标尺（长　１　０００　ｍｍ）。其中标尺可以方便地读出每一锤锤击　后圆锥头的贯人深度，或当圆锥头贯人到一定深度　时，记下累计锤击的次数。　ＤＣＰ现场检测通常需要３名技术人员，现场检　动态圆锥贯入仪（ＤＣＰ）的英文是Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｎｅ　Ｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ，简称贯入仪。在２０世纪６０年代，为　了进行南非的路面原位测试开发了动态圆锥贯人　作者简介：潘向军（１９６８一），男，安徽合肥人，高级工程师，主要从事公路管理和规划工作。　・６・　现代交通技木　２０１３年　黼　图１　ＤＣＰ结构图示　测主要包括以下几个步骤　Ｊ：　（１）检测人员在路基施工现场选定试验点位，组　装ＤＣＰ各部件，特别注意拧紧螺栓，以防发生危险。　（２）将新圆锥头连接到贯入杆上；将圆锥头对　准要检测的土表面，同时确保贯入杆竖直，此时先　测量下圆盘至土基顶面之间的高度并记录。　（３）１名技术人员握紧ＤＣＰ上部手柄，另１名　技术人员提起落锤到达圆杆顶部（确保每次自由落　距统一为５７５　ｍｍ），随后松手放下重锤，使其自由　落下锤击圆盘。　（４）每次锤击完成后第３名技术人员记录锤击　的次数并量取贯人深度，也可以锤击到要求的贯人　深度记录累计锤击次数。检测完成后，拔出贯人　杆，完成１个点位的检测。　（５）现场检测过程中，如果圆锥头遇到较大石　块无法贯入时，应舍去此点重新选点检测。　１．２　ＤＣＰ数据分析　标准配置的ＤＣＰ通常能够在１　０００　ｍｍ的范围　内连续检测，使用加长杆的甚至能够达到２　０００　ｍｉｌｌ，　但路基通常是分层铺筑的，各层位强度有所差异，　ＤＣＰ检测可以很容易分清楚各层次；路基分层铺筑　的厚度一般为２００～３００　ｍｍ，因此ＤＣＰ检测通常以　每贯入３００　ｍｍ的锤击数　反映路基的承载力，也　可根据具体情况灵活设定贯入深度；锤击数越大则　表明承载力越高。也可通过贯人比率ＰＲ定量评价　路基的承载能力，ＡＡＳＨＴＯ定义贯入比率ＰＲ为每　锤击１下的贯人深度。计算公式如下：　堕Ａ　ＢＮ　（１）＼　／　　式中：ＡＤＰ为贯人深度；ＡＢＮ为相应贯人深度的锤　击数　２贯入比率艘与路基强度指标的关系研究　利用ＤＣＰ实现路基压实控制与承载能力评定　就首先要建立贯人比率ＰＲ与路基各项常规指标的　关系，如ＣＢＲ、Ｅ　。　２．１　贯入比率ＰＲ与加州承载比ＣＢＲ的关系　尽管国内对于ＤＣＰ的研究还较少，但是欧美及　南非对ＤＣＰ的研究已经较为成熟了，特别是贯入比　率ＰＲ与加州承载比ＣＢＲ的关系，已经拥有众多的　经验拟合公式，目前国外常用的公式如下＿４　Ｊ：　ＣＢＲ＝４２４．６×ＰＲ　・　（２）　ＣＢＲ＝２９２　Ｘ　ＰＲ　（３）　ＣＢＲ＝４０５．３×ＰＲ　（４）　其中式（４）还被写入了ＡＡＳＨＴＯ规范，设贯人　比率ＰＲ从４．０　ｒａｍ／ｂｌｏｗ增加到８．０　ｍｍ／ｂｌｏｗ，ＣＢＲ　的变化曲线如图２所示。　８０　７０　６０　５０　８　４ｏ　３０　２０　１０　０　ＰＲ／（ｍｍ　ｂｌｏｗ　）　图２经验公式比对图示　通过上述３个经验拟合公式的比较可以发现，　３种拟合公式差异不大，因此可以看出ＤＣＰ得出的　贯入比率ＰＲ与ＣＢＲ有十分良好的相关性。这从　理论上讲也是符合逻辑的，因为ＣＢＲ测试和ＤＣＰ　测试同样都是贯入试验，差异主要存在于贯人体形　状以及动静载的差别。所以我国引入ＤＣＰ检测完　全可以采用ＡＡＳＨＴＯ规范的式（４）进行计算。　２．２贯入比率ＰＲ与土基回弹模量Ｅ　关系　与此同时，本文依托东南大学室内试槽试验，　在铺筑完成的路基上首先进行承载板试验测得土　基回弹模量　，然后再利用ＤＣＰ贯人土基３００　ｍｍ　测得贯人比率ＰＲ，结果如表１所示。　表１　各测点处承载板法和ＤＣＰ法的试验结果　测点　Ｅ０／　ＰＲ／　测点Ｅｏ／　ＰＲ／　编号ＭＰａ（ｍｍ・ｂｌｏｗ　）　编号ＭＰａ（ｍｍ・ｂｌｏｗ　）　１　１１２．２　１０．１　１１　１０２．３　ｌ０．８　２　５２．２　２８．２　１２　９２．４　１３．６　３　１０８．４　１２．４　１３　７２．２　１７．５　４　１０５．５　１１．８　１４　６２．８　２６．３　５　６２．６　２２．６　１５　８７．３　１６．６　６　７５．２　ｌ９．８　１６　７４．３　１９．５　７　７０．３　１８．６　１７　５９．１　２４．５　８　７７．１　１８．２　１８　７６．１　１６．９　９　８４．７　１５．４　１９　８２．５　１５．１　１０　６７．９　２０．４　２０　８２．３　１６．２　根据表１中的数据，拟合承载板试验得到的路　第２期　潘向军，等：基于动态圆锥贯入检测的农村公路路基施工控制技术研究　：！：　基回弹模量　日鲁《　删ｉ和ＤＣＰ试验得到的贯人比率ＰＲ之　肄教回醐＿＋　∞∞∞加０　间的相关关系，拟合曲线如图３所示。　贯入比率ＰＲ／（ｍｍ　ｂｌｏｗ　）　图３土基回弹模■　与贯入比率ＰＲ关系图　由图３可以看出土基回弹模量与贯人比率ＰＲ　具有较好的相关度，通过拟合公式用ＰＲ值反算土　基回弹模量　，最大误差出现在测量点位１５，误差　为８．１２　ＭＰａ，平均误差为３．３２　ＭＰａ，平均相对误差　为４．２３％。因此，农村公路路基施工用ＤＣＰ评价　路基承载能力是可行的。　２．３　贯入比率ＰＲ和土基压实度的关系　—ｌ＿§＇Ｉｑ．２一、　如　为了实现利用动态圆锥贯入仪ＤＣＰ控制农村　∞　∞　加：２　Ｏ　公路的路基施工，除了考虑土基强度指标ＣＢＲ、土　基回弹模量　和ＰＲ值的关系外，还必须建立起土　基压实度以及含水率对ＰＲ值的影响关系，以达到　使用ＤＣＰ快速控制农村公路路基施工质量的目的。　课题组在安徽省蚌埠市五河县调研时，在农村　公路施工现场取回土样进行室内试验。由于取回　的土样颗粒较小，并考虑农村公路土基压实的实际　情况，根据《公路土工试验规程》（ＪＴＧ　Ｅ４０－－２００７）　室内土样击实试验选用轻型。击实筒选用直径　１５．２　ｃｍ的大筒是为了减少贯人试验时筒壁引起的　围压，使得室内试验更接近于现场实际情况。为了　得到不同的压实度和贯人比率的关系，将含水率设　置为定值，通过击实试验得出最佳含水率为１５．６％，　因此，将５组试样的预加含水率统一设定为１６％。　不同压实度是通过改变分层击实次数来实现　的，本文分别采用ｌ９次、３９次、５９次、７９次和９９次　进行击实，所得结果如图４、图５所示。　Ｏ０ｏ　９００　ｉ　目　８００　７０ｏ　柑　纛　柱　Ｈ’　６００　５００　鐾　４００　０　２０　４０　６０　８Ｏ　１００　１２０　分层击实次数，次　图４不同分层击实次数下的击实功及干密度　由图４可以看出，随着分层击实次数的增加，　即单位体积的击实功不断增大的情况下，最佳含水　图５压实度与贯入比率ＰＲ的关系　率状态下土样的干密度不断增大，但是增加幅度逐　渐减小。击实次数从１９次增加到５９次，干密度增　加了０．３１０　ｇ／ｃｍ　；而从５９次增加到９９次，干密度仅　增加了０．０４９　ｇ／ｃｍ　；因此，选择合适的压实工艺对　于农村公路路基的施工十分重要，压实遍数过少，　压实效果不理想；压实遍数过多，经济性就会变差。　同样含水率情况下，压实度和贯入比率ＰＲ值　有着很好的相关性，压实度越高，相应的强度也越　高，贯入剪切破坏的难度增加，ＰＲ值则会降低。由　图５可以看出ＰＲ与压实度的相关性很高，利用　ＤＣＰ控制农村公路的土基压实是可行的。　３结论　研究结果表明利用ＤＣＰ快速控制农村公路路　基施工质量是可行的，但是由于每一个工程土基填　料的物理性质如液限、塑性指数等都不尽相同，很　难给出一个公式对所有土基形式都适合，所以在利　用ＤＣＰ控制土基施工质量时，应首先针对具体实体　工程拟合ＰＲ值与土基回弹模量或者压实度的关系　曲线，再对现场施工质量进行检测控制。　同时，ＤＣＰ可以在不需要拟合与其它路基指标　之间关系的情况下进行路基均匀支撑评定，对于减　少路基施工的薄弱点以及出现不均匀支撑的可能　提供帮助。　参考文献　『１］Ｓｈｉｅ．Ｓｈｉｎ　Ｗｕ．ＤＣＰ　ｆｏｒ　Ｌｏｗ　Ｖｏｌｕｍｅ　Ｒｏａｄ　Ｄｅｓｉｇｎ／ｅｏｎｓｔｒｕｃ．　ｔｉｏｎ［ｃ］／／Ｐｌａｎ，Ｂｕｉｌｄ，ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｉｎｆｒａ—　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　２００７（ＩＳＳＴＰ）．　［２］郭涛，何淼．动力锥贯入仪ＤＣＰ在路基拼接中的应用研　究［Ｊ］．道路工程，２００９，０２（５０）：１１４—１１６．　［３］杨博．应用ＤＣＰ快速检测土基压实质量研究［Ｄ］．长沙：　长沙理工大学，２０１０．　［４］Ｒｏｄｆｉｇｏ　Ｓａｌｇａｄｏ，Ｓｕｎｇｍｉｎ　Ｙｏｏｎ．Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｎｅ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔ（ＤＣＰＴ）ｆｏｒ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ［Ｒ］．ＩＮＴ、Ｊｒ　Ｄｉｖｉ—　ｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ．２００３．　（收稿日期：２０１３—０３—１１）