16-T0012/ADCP动力圆锥贯入仪   动态圆锥贯入仪

 

1、DCP动力圆锥贯入仪概述

 

动力圆锥贯入仪(DCP)是一种轻型轻便的地基土原位测试的触探仪,其锤重为8KG,落距575mm,贯入杆长为1000mm,圆锥头的直径是20mm,锥尖为60度,贯入杆可以连接1000mm的钢直尺,公英制双面读数,直接读记每击一次的贯入值。

动力圆锥贯入仪(DCP)在国外已经在使用中积累了贯入值与相应土性指标的关系。其贯入值已经与土的弹性模量,CBR,无侧限抗压强度建立了关系,在南非已经将贯入值作为路面设计的参数。

1.1  DCP优势

动力圆锥贯入仪(DCP)的优点是快速、简便,不受场地限制,适用于施工现场或老路路基承载力评价。而动态圆锥贯入仪(Dynamic Cone Penetrometer,简称DCP)通过快速检测土基的贯入度可有效地克服灌沙、环刀、灌水与电动取土器等方法的缺点,是新一代土基压实性能的快速检测设备;同时DCP与现场路基加州承载比(California Bearing Ratio,简称CBR)和回弹模量之间具有良好的相关性,可用来评价路基的强度。(根据AASHTO公式转换)

1.2 DCP分析方法

由于动力锥贯入仪在国内应用较少,因而目前国内尚没有相关的分析方法,根据美国AASHTO的规定,DCP测试结果与CBR之间存在如下的关系:

CBR=405.3/PR1.259

公式中,PR为DCP测试的贯入率,mm/锤击次;CBR为加州承载比,%。

因此,通过现场测试时记录DCP的贯入率,即可快速计算土基CBR,初步评价路基各层承载能力。

1.3 DCP测试原理

DCP由英国交通研究实验室(T ranspor tat ion,Research Labor atory,简称TRL)开发,总重为20kg。

主要包括落高为575mm的8kg落锤、贯入杆、标尺及与贯入杆端部连接的直径为20mm的圆锥锥尖,其中:锥尖的锥角为60度,其构件与尺寸具体如图1所示。

 

 

1:10000mm读尺

2:贯入杆  上杆803mm

3:连接圆盘  105mm

4:落距:575mm

5、贯入杆:下杆910mm

6、底板:300mm*60mm*8mm

7、落锤:8KG

8、锥头:直径20mm,角度60度

2 动力圆锥贯入仪DCP测试方法

DCP测试时,通常需要3个人员操作,其中:一人握住手柄,竖起并扶住仪器,同时将锥尖朝下贴紧土基表面,并尽量使贯入杆垂直于土基表面;一人提升落锤并让其自由下落,一人记录每2次锤击后对应的标尺读数。

2.1  DCP测试步骤

(1)在试验地点选择干燥平坦的表面,如果表面有浮土或土质较松软,应用铲子将表面一层土铲去,铲去土的厚度不宜大于2cm,如表面浮土较深,应在附近另选一侧点进行测试。

(2)将圆锥头连接到安装好的动力贯入仪杆上。

(3)将圆锥头对准要检测的土的表面,同时确保贯入杆竖直。

(4)在贯入杆旁边放好标尺,标尺要平行于贯入杆。

(5)有一人扶好贯入杆,另一个人举起重锤,然后松手放下重锤。

(6)落锤砸下后,记录单次贯入深度超过5mm后的锤击次数与杆身贯入深度;如果单次贯入深度小于5mm,应在多次锤击到贯入深度大于5mm后记录贯入深度及该序列累计锤击次数。测试数据应按照规定表格由专人记录。

(7)至贯入深度达到要求(贯入深度达到或稍微超过当前被检压实层层厚)后,取出贯入杆,结束测试。

(8)在贯入过程中,如圆锥头遇到石块或其它蚀物致使贯入杆无法继续贯入时停止测试。本次数据记录成作废,另外在贯入孔附近40cm范围内另选择一测点进行测试。

(9)测试完毕后将贯入杆从中部连接处拆开,连同标尺及落锤一起放进工具箱内,以备下次使用。

2.2 DCP测试显示

由此,贯入杆在落锤的冲击作用下,逐渐贯入土基内部,显然,土基越坚硬,贯入一定深度的次数就越多,相应的每锤贯入的深度就越小;反之,土基越软,则贯入一定深度的次数就越少,而每锤贯入深度就越大。因此,DCP的测试结果可以反映土基内部的结构性能和压实情况。

DCP可在85cm的深度范围内进行连续测试,一般情况下,DCP测试1个测点只需1~3min的时间,具有快速检测的特点,为此,其测试结果采用贯入度为反映:

DN=?Y/N

DN为贯入度,mm/锤,?Y为从第1锤至最后1锤的总贯入深度,mm;N为锤击次数。

3、动力圆锥贯入义DCP测试结果对比分析

DCP贯入度与其他指标之间的相关系数绝对值均大于0.70,特别是与压实度和弯沉之间的相关系数绝对值超过0.80,这说明贯入度与弯沉、静回弹模量、动模量、压实度、干密度及含水量之间均存在着良好的双对数关系。其中,静回弹模量、动模量、压实度及干密度与贯入度呈负相关关系,弯沉和含水量与贯入度呈正相关关系。

因此,表明贯入度可以反映土基的设计指标(回弹模量)及施工指标(压实度和弯沉),故采用DCP评价土基的强度、刚度及压实性能是可行的,上述经验公式可作为DCP评价此类土基的压实性能参考。

3.1测试结论

通过现场选取成型土质路基,分别采用DCP、贝克曼梁、承载板、PFWD及灌砂法等现场测试方法对土基性能进行了对比测试。

回归分析结果显示,DCP贯入度与土基设计指标(静回弹模量和动模量)及施工指标(压实度、干密度、含水量及弯沉)等之间具有良好的相关关系,相关系数绝对值均大于0.70,这表明通过现场标定并建立DCP与其他检测指标的相关关系,就可以采用DCP替代传统的检测方法,实现快速检测并评价土基的强度和刚度及压实性能。

4、路基顶面处治深度的分析(举例)

为了解土基顶面的状况,对沪宁高速中紧急停靠带路基95区路基处理前后进行了DCP试验。结果如下:表2

表2 路基DCP试验各层贯入率加权平均值

桩号

最大贯入深度(mm)

0~20cm贯入率加权

平均值

20~40cm贯入率加权

平均值

40~60cm贯入率加权

平均值

60~80cm贯入率加权

平均值

贯入总量的贯入率加权平均值

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

 

 

 

土基顶面绝大部分测点表层以下0-40cm范围内CBR偏低,土层较松软,约占测点数60%,表明这些测点对应的0-40cm范围内土基强度相对较差;土基顶面部分测点表层以下40-60cm范围内CBR偏低,约占总测点数的19%,表明这些测点对应的40-60cm范围内土基强度相对较差;土基顶面60cm以下范围内CBR整体上数值较高;根据测试情况,紧急停靠带铣刨路面结构后,路基处理深度40cm为宜。

5、路基压实质量快速检测评定标准

在测试数据统计分析的基础上,建立了路基压实质量快速检测评定标准。

5.1 NPR(单个测点每层填土贯入度PR加权平均值)计算

测点每层填土贯入率PR加权平均值计算如下:

 

 

 

PR—DCP测试的贯入率,单位mm/锤击次,通常取一次锤击数值。

NPR—测试土层PR加权平均值。

说明:∑h1应小于抽检压实填土层厚度。

5.2KNPR(检验评定段的NPR代表值)计算

检验评定段的填土NPR(测点每层填土PR加权平均值)代表值为:

 

式中:t0-t分布表中随测点数和保证率而变的系数。对于高速公路路基,保证率取固定值95%;S-检测值的均方差;n-检测点数;

NPR0—检验评定段内各测点NPR的规定值;

NPR—检验评定段内各测点NPR的平均值;

KNPR—检验评定段内各测点NPR的代表值。

6、规范的记录表格(举例)

6.1苏丹的一个项目的记录结果,以此为例:分别为

 

 

 

桩号

最大贯入深度(mm)

0~20cm贯入率加权

平均值

20~40cm贯入率加权

平均值

40~60cm贯入率加权

平均值

60~80cm贯入率加权

平均值

贯入总量的贯入率加权平均值

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