填土密度檢測儀檢測路基壓實度的研究與應用

丁崢時 盧 波 唐春剛 黃 俊

(1.江蘇聯合職業技術學院無錫交通分院，江蘇 無錫 214151； 2.鎮江市建科工程質量檢測中心有限公司，江蘇 鎮江 212003)

0 引言

壓實度是用來表示現場填土被壓實后的密度情況，密度隨壓實度的增加而變大，密度越大材料整體性就越好。因而對路基壓實度的檢測尤為重要，現已成為路基施工質量控制的關鍵要素。當前，根據我國現行相關規范的規定，檢測路基壓實度的方法有三種：環刀法、灌水(砂)法和核子密度儀法。其中環刀法檢測的是環刀內土樣所在深度范圍內的平均密度，所測土層的密度受環刀壁和內徑尺寸等因素的影響較大，此方法檢測出來的數據不可代表碾壓層整體的平均密度，只是被檢測的局部密度，所以此方法一般適用于測定不含礫石的純細土及無機結合料穩定細粒土的密度，對含有粒料的穩定土及松散性材料不適用；灌水(砂)法是目前市政、公路工程上最常用的檢測方法，該方法操作起來很簡單，但操作過程中需要稱量的次數較多，誤差率也會相應變大，主要適用于現場測定基層，砂石路面及不同材料在路基使用中的壓實后的密度，不適用于對填石路堤等大空洞及大孔隙材料的壓實度檢測；核子密度儀法在檢測中，受外界因素影響比較小，不受使用材料的顆粒大小、級配、勻稱度以及物理形態、化學組成等方面影響，應用范圍較廣泛，但它是在灌砂法標定的基礎上進行的，試驗過程中所產生的輻射對人的身體有一定影響。因此，壓實度如何能準確、快速地測定出來已成為了當前路基施工中首要問題。現結合無錫地區一些路基壓實度檢測的實際案例，收集到大量有效的試驗數據，在這些數據的支撐下對填土密度檢測儀快速測定土干密度的方法和計算公式進行了研究。

1 檢測方法

1.1 土質分析

無錫以平原為主，低山、殘丘為主的地形地貌，地處長江下游，中抱太湖。土質以黃黏土為主，液限在 28%～45%，塑性指數在15%～25%，最佳含水率為12.5%～16.5%，重型擊實的最大干密度為1.80 g/cm3～1.95 g/cm3。

1.2 填土密度檢測儀簡介

“填土密度檢測儀”簡稱“貫入儀”，在國際上叫“普氏貫入儀”，此儀器主要大面積檢測填方碾壓后的密實度和均勻性。如公路、市政、水利堤防、工民建筑等，它的特點是操作簡單、輕便、靈活、快速，可隨時跟蹤碾壓現場監測。其原理：通過儀器帶有的標準錘敲擊鉆桿將高精度錐形探頭插入土內，每一次的敲擊，貫入儀內部測力傳感器都能快速得到探頭入土的速度、深度以及計算出貫入值。這些數據均可儲存在記錄器內并在完成試驗之后可以傳輸到計算機上。高精度測力傳感器及低功耗微電子技術,結合土的貫入度與土的干密度之間的相關關系：土的貫入度和含水量之間的關系以及土的含水量與密實度的關系，通過一定量的貫入與環刀法平行對比試驗建立回歸方程，測定出土的貫入阻力與干密度之間有實用價值的相關數據表。本次試驗用的檢測儀器是沈陽建科儀器所生產的WG-V1-1 000 N填土密度現場檢測儀。

1.3 試驗方案

根據文獻記載無錫道路工程土路基的填料設計要求，現以小于4%灰土及素土為代表制定以下檢測方案：

第一步，取土樣帶回實驗室做標準擊實試驗，求出最大干密度，最佳含水量，以及標準擊實后的貫入值(貫入方法如下)；第二步，填土層面按照規范碾壓；第三步，從中挑選出測試點，一般以有代表性的土樣為一檢測點，表面先剔除10 cm，然后用環刀和填土密度貫入儀一同取樣進行檢測；第四步，按照規范要求進行取樣并檢測，使用環刀取土樣，取3個土樣為一組樣品進行檢測，每個土樣上標好編號；第五步，再用填土密度貫入儀在環刀四周選擇檢測點，檢測點定好后將直徑7 mm鉆頭圍繞環刀選取12個檢測點，在貫入時，儀器貫入速度要保持均勻，貫入的深度要和環刀取樣深度務必保持一致，最后讀取貫入阻力值，并把數據記錄下來，去除數據中的最大值和最小值，然后算出剩余數據的平均值；第六步，將環刀取出的土樣帶回實驗室進行含水量試驗(酒精燃燒法)；第七步，對土的干密度平均值進行計算，把計算結果填入記錄表中。

2 工程現場應用

2.1 試驗對比

1)通過廣合路工程現場取出土樣，進行標準擊實法和填土密度檢測儀法的對比試驗，其比對結果如表1所示。

表1 素土、≤3%灰土填土密度檢測儀的貫入值和擊實數據的比對

2)在工程現場進行環刀法和填土密度檢測儀法的對比試驗，其比對結果見表2。

2.2 相關性分析

根據標準表1，表2數據關系，繪圖得到干密度與貫入值對數關系散圖見圖1。

表2 環刀法和填土密度檢測儀數據比對

圖1中橫坐標為土的干密度值，縱坐標為土的貫入值對數LgP。借助于EXCEL軟件中散點圖形，用最小二乘法的方法進行分析，得到干密度與貫入值的一元線性回歸方程：ρ=0.417lgP+0.69，相關系數R=91.7%。

2.3 應用情況分析

1)通過擊實試驗，土在擊實過程中，只有當含水率達到某一特定值時，土將被擊實至最大干密度，含水率小于或大于這個值，干密度都小于此值。這個值稱為最大干密度。而對應的含水率為最佳含水率。如圖2所示，可以看出貫入試驗對應含水率變化規律，貫入力基本隨含水率增加而減小這一規律。

同時由圖2看出：同一個干密度值對應有兩個含水率值和相應貫入力值，這就說明用一個回歸方程解決不了，但正因為有在最佳含水率只能對應有一個最大干密度值這一特性，為此就可以在先確定最大干密度和最佳含水率的同時，將貫入力值P確定下來，按此分成兩段，可明顯看出干密度值與含水率貫入力三者是單值對應的，對這種單因素間的關系便可回歸分析來分別建立兩個相應回歸方程。

2)通過對數據的分析可以得出，對本方法影響最大的因素是含水率的大小。經過分析發現，貫入阻力值與檢測數據基本吻合時，含水率在17%～25%，這時能準確反映出干密度，若含水率超出此范圍則貫入阻力值與檢測數據偏差較大。而無錫地區的現場施工用料含水率通常都在此范圍內，所以不需要過度考慮含水率問題，此方法適用于工程施工現場對土層干密度的快速檢測。

3)要正確使用檢測儀，在使用儀器操作時要控制速率，應均勻、垂直地插入，以減少人為操作誤差。

3 結語

通過填土密度檢測儀在實際現場工程中的應用以及數據的分析可以總結出，填土密度檢測儀在無錫地區的建設工程中進行應用，對路基回填土進行了測試，數據表明它與環刀法和灌砂法等常規方法有著相似的檢測效果。此方法能快速解決施工過程中的抽檢，有利于提高工程施工中的工作效率及工程質量，也能夠及時反饋工程優劣，可以幫助施工單位隨時隨地進行工程自檢，對于監理部門來說也能快速的發現施工現場的質量問題，及時反饋給施工單位進行整改。