動(dòng)力錐貫入儀 DCP 在路基工程中的應(yīng)用研究
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng) 大量的動(dòng)力錐貫入儀 （DCP） 試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，對(duì) DCP 在路基拼接中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，研究結(jié)果對(duì)于老路邊坡 削坡厚度、開(kāi)挖臺(tái)階尺寸的確定、老路硬路肩下的軟弱路床判定、路基拼接部位的壓實(shí)質(zhì)量快速判斷有良好的指 導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：路基拼接；動(dòng)力錐貫入儀；路基臺(tái)階；承載能力；壓實(shí)度
1 前言
近年來(lái)由于交通量的快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)早期建設(shè)的四車道高速公路已不能滿足交通需求，面臨著高速公路的 改擴(kuò)建任務(wù)。滬寧高速公路江蘇段是江蘇省一條高速 公路，也是江蘇省一條成功完成八車道擴(kuò)建的高速公 路。本文以滬寧高速公路擴(kuò)建工程為依托，研究和探討 動(dòng)力錐貫入儀 （DCP） 在路基拼接中的應(yīng)用。與新建高速公路相比，高速公路擴(kuò)建工程中路基拼 接設(shè)計(jì)與施工有其特殊性和技術(shù)難點(diǎn)。主要體現(xiàn)在： （1） 老路邊坡防護(hù)拆除后，在老路邊坡一定深度內(nèi)的表 層土壓實(shí)度不足、含水量大、松散等，需要在邊坡一定 深度范圍內(nèi)進(jìn)行清表處理。如何快速確定老路邊坡合理 的削坡厚度是擴(kuò)建面臨的問(wèn)題之一； （2） 老路拼接中， 開(kāi)挖臺(tái)階的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是臺(tái)階高度與寬度的確定。如何根 據(jù)現(xiàn)狀與需要，綜合確定臺(tái)階設(shè)計(jì)方案是一個(gè)難題； （3） 擴(kuò)建工程不中斷交通，需要盡可能提高施工效率， 以縮短工期，將施工對(duì)交通營(yíng)運(yùn)的影響降至低。在工 期緊、質(zhì)量要求高的情況下，如何快速檢驗(yàn)路基拼接部 位的壓實(shí)質(zhì)量是提高施工效率的關(guān)鍵； (4) 老路的硬路 肩位置是新建八車道高速公路的第三車道，按照八車道 滬寧高速公路的交通管理要求，一、二車道為客車 道，第三、四車道為卡車和客車道。因此，第三車道行 駛的卡車居多。同時(shí)，施工時(shí)銑刨和打開(kāi)老路硬路肩后 發(fā)現(xiàn)，老路硬路肩下的路床普遍存在含水量偏大、松散 軟弱等現(xiàn)象，為保證工程質(zhì)量，需要進(jìn)行老路硬路肩下 的軟弱路床加固。現(xiàn)場(chǎng)快速判定老路硬路肩下的路床承
載能力，以確定是否需要路床加固，也是路基拼接施工的關(guān)鍵之一。為解決以上問(wèn)題，利用動(dòng)力錐貫入儀 （DCP） 的優(yōu)點(diǎn)，在滬寧高速擴(kuò)建工程中進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng) DCP 試驗(yàn)和對(duì)比檢測(cè)，對(duì)其在高速公路路基拼接設(shè)計(jì)及檢測(cè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)踐和探索，試驗(yàn)成果可對(duì)路基拼接的設(shè)計(jì)及施工起到一定的指導(dǎo)作用。
2 DCP 的原理與分析方法
2.1 DCP 的原理
動(dòng)力錐貫入儀 （DCP） 屬小型輕便地基土原位測(cè)試 的觸探儀，其錘重 8kg 和 4.6kg，落距 575mm，貫入桿 長(zhǎng) 1000mm，圓錐頭直徑 20mm，錐尖為 60 度，貫入桿 旁連接 1000mm 的讀尺，直接讀記每擊一次的貫入值。 這種原位測(cè)試的 DCP 貫入儀在國(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。其每錘擊一次的貫入 值 （mm） 已經(jīng)與土的彈性模量、加州承載比、無(wú)側(cè)限 抗壓強(qiáng)度建立了關(guān)系式，在南非已將貫入值作為路面設(shè)
計(jì)的參數(shù)[1]。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入，動(dòng)力錐貫入儀 （DCP） 可用于判定路基、白灰土底基層或無(wú)粘結(jié)粒料基層、底基層的不同深度的承載能力及整體承載能力，評(píng)價(jià)指標(biāo)可以是 CBR值或回彈模量 （根據(jù) AASHTO 公式轉(zhuǎn)換）。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)便、不受場(chǎng)地限制，適合于施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或老路路基承載力評(píng)價(jià)。
2.2 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[2]
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。
2.3 DCP 測(cè)試步驟DCP 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需要人員 2～3 名。測(cè)試步驟如下： （1） 測(cè)試人員在現(xiàn)場(chǎng)選定試驗(yàn)地點(diǎn)，如在臺(tái)階頂面處。
（2） 將圓錐頭連接到安裝好的動(dòng)力錐貫入儀桿上；將圓錐頭對(duì)準(zhǔn)要檢測(cè)的土表面，同時(shí)確保貫入桿豎直。
（3） 在貫入桿旁邊放好標(biāo)尺，標(biāo)尺需平行于貫入桿。由一人扶好貫入桿，另一人舉起重錘，隨后松手放下重錘。
公路交通科技 應(yīng)用技術(shù)版
（4） 重錘砸下后，記錄單次貫入深度超過(guò) 5mm 后的錘擊次數(shù)及桿身貫入深度；如果單次錘擊貫入深度小于 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)。
（5） 至貫入深度達(dá)到要求 （貫入深度達(dá)到或稍超過(guò)需判斷承載能力層層厚） 后，取出貫入桿，結(jié)束測(cè)試。圓錐頭可留在土基中，一次性使用。
3 DCP 方法確定老路邊坡削坡厚度
為確定老路邊坡土合理的削坡厚度，在滬寧高速公路部分路段邊坡側(cè)面進(jìn)行了 DCP 試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表 1
和圖 2 所示。
DCP 數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：
（1） 老路邊坡表層 20cm 左右 CBR 值較低，以下CBR 值迅速增長(zhǎng)，故需要清除邊坡表層 20cm 范圍的填
土；同時(shí)考 慮 到 部 分 路 段 邊 坡 防 護(hù) 圬 工 厚 度 通 常 為25cm，因此清表厚度建議為 30cm。
（2） 測(cè)試段落內(nèi)老路邊坡 60cm 內(nèi) （含表土） 總平均 CBR 值達(dá)到 12.19，許多測(cè)點(diǎn)僅貫入 30cm 后就難以繼續(xù)貫入，表明邊坡部位承載能力總體情況尚好，清表后開(kāi)挖臺(tái)階即可。
4 DCP 方法確定臺(tái)階開(kāi)挖高度
臺(tái)階開(kāi)挖是目前高速公路擴(kuò)建工程路基拼接普遍采用的方式，其高度和寬度由路基填料類型、路基承載能力等因素確定。為確定合理的臺(tái)階開(kāi)挖高度，在保證清除壓實(shí)不足的填土前提下，大限度地利用老路基，試驗(yàn)段進(jìn)行了開(kāi)挖不同高度臺(tái)階的 DCP 試驗(yàn)。試驗(yàn)段老路邊坡開(kāi)挖三級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階示意圖及 DCP 測(cè)試結(jié)果如
表 2 和圖 3 所示。
DCP 數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明： | | |
（1） 老路基整體情況較好，上部臺(tái)階 40cm 深度范 | | |
圍內(nèi) CBR 總平均值為 34.89，中部臺(tái)階 40cm 深度范圍 | | |
內(nèi) CBR 總平均值為 19.08，下部臺(tái)階 40cm 深度范圍內(nèi) | | |
CBR 總平均值為 12.31，沿深度方向逐漸減小，但所有 | | |
測(cè)點(diǎn) CBR 值均大于 6.0。 | | |
（2） 由于老路基承載力較好，臺(tái)階開(kāi)挖高度在 40～ | | |
60cm 均可滿足要求，開(kāi)挖大臺(tái)階沒(méi)有必要。同時(shí)，考 | | |
慮到施工時(shí)挖掘機(jī)作業(yè)的便利，認(rèn)為臺(tái)階開(kāi)挖高度在 | 后認(rèn)為主要原因在于兩個(gè)指標(biāo)的物理特性不同，在摻灰 | |
60cm 較為適宜。 | 量不同、填土性質(zhì)不同、含水量不同等情況下，兩者的 | |
5 DCP 快速測(cè)試路基拼接部位壓實(shí)質(zhì)量 | 關(guān)系應(yīng)當(dāng)是不同的。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，當(dāng)壓實(shí)度增大時(shí)， | |
CBR 指標(biāo)也相應(yīng)增長(zhǎng)，兩者之間的總體變化趨勢(shì)是一致 | |
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如何在工期緊、質(zhì)量要求高的情況下，快速判別路 | 的，可以認(rèn)為 CBR 越大則對(duì)應(yīng)填土層的強(qiáng)度越高。 | |
基拼接部位的壓實(shí)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)路基壓實(shí)的薄弱路段，加 | （2） DCP 貫入值與路基強(qiáng)度存在直接的正比關(guān)系， | |
強(qiáng)壓實(shí)質(zhì)量控制，是擴(kuò)建施工的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 | 因而 DCP 可用于路基壓實(shí)質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)定，及時(shí) | |
為分析路基 CBR 與路基壓實(shí)度之間的相關(guān)性，在 | 發(fā)現(xiàn)路基壓實(shí)后的相對(duì)薄弱路段，加強(qiáng)后續(xù)的補(bǔ)充碾 | |
試驗(yàn)段及各路基施工標(biāo)段采用 DCP 對(duì)新填路基各層灰 | 壓，確保路基壓實(shí)質(zhì)量。通過(guò) DCP 測(cè)試手段，可以提 | |
土壓實(shí)后的 CBR 值進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)在 DCP 測(cè)點(diǎn)附近 | 高現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)效率和施工效率。 | |
采用灌砂法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灰土壓實(shí)度對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)數(shù) | 6 DCP 方法判別老路硬路肩下的軟弱路床 | |
據(jù)分析，對(duì)灰土層壓實(shí)度與灰土層 15cm 深度內(nèi)的 CBR | |
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平均值進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果如圖 4 所示 （圖 4 中， | 為確定老路硬路肩部位銑刨后路床是否需要加固處 | |
x 為灰土壓實(shí)度，y 為灰土表層 15cm 深度內(nèi) CBR 加權(quán) | 治，在硬路肩下的路床進(jìn)行了 DCP 試驗(yàn)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng) | |
平均值）。 | 承載板試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。通過(guò)承載板測(cè)出每級(jí)荷載 | |
從圖 4 可以初步得出以下結(jié)論： | 下相應(yīng)的路基回彈變形值，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得路基回彈模 | |
（1） 總體趨勢(shì)表明，灰土壓實(shí)度越大，表層 15cm | 量。試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。 | |
深度內(nèi) CBR 加權(quán)平均值越大，兩者之間有明顯的相關(guān) | 分析硬路肩下的路床頂面 DCP 及對(duì)應(yīng)點(diǎn)位承載板 | |
性。然而兩者相關(guān)系數(shù)并不高，相關(guān)系數(shù)為 0.73，分析 | 試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論： | |
116 2009 年 02 期(總第 50 期)
公路交通科技（1） 老路硬路肩下的路床頂面絕大部分測(cè)點(diǎn)表層以下 0～40cm 范圍內(nèi) CBR 偏低，土層較松軟，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，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的
路基承載板試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)論，路基回彈模量偏
低，數(shù)值在 36Mpa 左右。（2） 硬路肩下的路床頂面?zhèn)€別測(cè)點(diǎn)表層以下 40～60cm 范圍內(nèi) CBR 偏低，表明個(gè)別測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 40～60cm
范圍內(nèi)土基強(qiáng)度相對(duì)較差。
（3） 硬路肩下的路床頂面 60cm 以下范圍 CBR 整體較高，表明 60cm 以下路基強(qiáng)度較好。
（4） 根據(jù)以上測(cè)試情況，建議老路硬路肩路面銑刨后，路床處理深度為 40cm，路床軟弱的局部段落可根據(jù)開(kāi)挖后的情況加大軟弱路床處理深度，達(dá)到路床加固的目的。
