浅析路基压实度灌砂法检测毕业论文.doc

学 号 10203229毕业论文说明书浅析路基压实度灌砂法检测学生姓名 专业名称高等级公路维护与管理指导教师 2013年5月2日 南京交通职业技术学院毕业论文浅析路基压实度灌砂法检测指导教师： 汪莹 专业名称： 高等级公路维护与管理 论文提交日期：2013.5.2 论文答辩日期：2013.5.6 论文评阅人： 目 录摘要3关键词4第一章 路基压实度灌砂法检测的意义 7第二章 路基压实度灌砂法检测的内容82.1压实度定义 82.2路基压实的方法82.3土工材料最大干密度和最佳含水量的获取 92.4灌砂法内容92.4.1灌砂法基本原理92.4.2仪器设备及量砂标定92.4.3现场施工灌砂法试验步骤：10第三章 检测点的布置与频率15第四章 现场灌砂法试验注意事项16第五章 路基压实度灌砂法检测影响因素175.1最大干密度和最佳含水量对检测压实度的影响175.2室内量砂标定对灌砂法的影响175.2.1 标定罐深度对量砂密度的影响175.2.2 贮砂筒中砂面高度及砂的总重对量砂密度的影响175.2.3 砂的颗粒级配组成对量砂密度的影响175.2.4 砂密度大小对试验结果影响185.3现场作业对灌砂法检测的影响185.3.1 选点及检测频率185.3.2 测点位置的选择185.3.3 试洞深度对检测结果的影响185.3.4 试洞形状对检测结果的影响195.3.5 灌砂时间对检测结果的影响195.3.6 现场含水量对检测结果的影响195.3.7 要尽量使检测表面光滑平整195.3.8 现场施工干扰对检测结果的影响195.3.9 现场检测后回收标准砂注意事项19第六章 结论20参考文献20浅析路基压实度灌砂法检测摘 要 随着城市建设的发展，公路基础建设也在日益增长，根据国家公路里程统计，截至到2010年底，公路总里程破400万公里 高速公路居世界第二。由于中国地大物博，还不能达到各个城市交通便利，像西部、农村、地理环境复杂等地区交通还存在不足，所以公路建设还处于成长阶段。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，单单根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案，往往含有许多不确定因素，尤其是对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，对在施工过程中路基的强度、刚度、整体稳定性的检测已成了公路工程建设必不可少的重要环节。当前，在各级公路路基建设中压实度是关键检测项目，而灌砂法检测压实度是施工过程中最常用的方法。灌砂法检测压实度必然成为路基质量、安全保证的关键，是工程建设必不可少的重要环节。关键词路基压实度、灌砂法检测、注意事项、影响因素分析随着公路建设里程不断升高，国家质量监督站对公路质量严格要求，路基压实度技术在全国不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验。灌砂法是路基压实质量好坏检测的主要手段，主要获取路基土湿密度、路基土含水量、实验室获取最大干密度有效参数，通过计算来了解路基压实度是否合格。第一章 路基压实度灌砂法检测的意义对于复杂的高速公路工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场检测。首先，靠实验对路基土进行击实试验，绘制一条干密度与含水量的曲线，获得最大干密度和最佳含水量（理论上路基土压实的最佳状态）。第二，可及时依据施工进度，合理选择检测点和检测频率，了解路基压实状态。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施充当耳目。路基压实度的检测在取得大量试验数据同时对工程总结经验、完善路基的压实、推动施工进度、提高工程质量有着重要意义。第二章 路基压实度灌砂法检测的内容2.1压实度定义压实度一般是指工地实际达的干密度与室内击实试验所获得的最大干密度的比值。，即：路基压实度=试样干密度/最大干密度（100%）。路基压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一，表征现场压实后的密度状况，压实度越高，密度越大，材料整体性能越好。2.2路基压实的方法路基工程应采用专门的压实机械压实。压实机械的选择应根据工程规模、场地大小、填料种类、压实度要求、气候条件、压实机械效率等因素综合考虑确定。最主要的机械分为静作用碾压机械（钢轮压路机、轮胎压路机、羊角压路机及各种托式压滚等）和震动碾压机械（各种托式和自行式），为了满足不同的压实度要求应做实验段来确定碾压组合方式，静压1遍+弱震1遍+强震6遍+静压1遍，行走的速度控制在4Km/h以内，速度也不能太低，会影响生产率，直线段和大半径曲线段，应先压边缘，后压中间，小半径曲线段因有较大的超高，碾压顺序应先低（内侧）后高（外侧）。压路机碾压轮重叠轮宽的1/31/2。对于震动压路机而言，先用低频，后用高频，因低频碾压时振幅大，有利于深层密实，高频碾压有利于浅层密实，总结起来就是（先轻后重，先慢后快，先边后中，曲线超高段先内后外）2.3土工材料最大干密度和最佳含水量的获取公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）中明确规定，路基压实度以重型击实试验法为准。 现在各国使用的击实试验方法分为轻型击实试验法和重型击实试验法，两种击实试验法的差异主要是击实功能的差别，重型击实试验法的单位击实功比轻型击实试验法要提高4.5倍，这样对同样的土质来讲，采用重型击实试验法时其最大干密度提高（经试验一般可提高620）。但有的施工单位却仍使用轻型击实试验法，这样得出的最大干密度值比实际要小，导致计算得到的压实度值偏大。2.4灌砂法内容2.4.1灌砂法基本原理基本原理是利用均匀颗粒（0.300.60mm或0.250.50mm）清洁干净的砂，从一定高度自由下落到试洞内，按其单位重不变的原理来测量试洞的容积（即用标准砂来置换试洞中的集料），并根据集料的含水量来推算出试样的实测干密度。适用于各种土方回填工程的检测，但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。2.4.2仪器设备及量砂标定（1）主要仪器设备有：灌砂筒、金属标定罐、基板、天平或台秤、含水率测定器具、量砂等。其中灌砂筒的大小，根据需要采用。（2）灌砂筒选择：当试样的最大粒径小于13.2mm、测定层的厚度不超过150mm时，宜采用100mm的小型灌砂筒测试。当试样的最大粒径等于或大于13.2mm，但不大于31.5mm,测定层的厚度不超过200mm，应用150mm的大型灌砂筒测试。如集料的最大粒径达到40mm60mm或超过60mm时，灌砂筒和现场试洞的直径以200mm为宜，工地上普遍应用150mm的灌砂筒，它的测深为150mm,其所测压实度仅为这150mm的压实度。但是现场压实层厚度往往在200mm左右，而且一般压实度在压实表层都比较高，往下就难以保证，因此在山区现场含碎石较多的集料应采用200mm的大灌砂筒检测为宜。（3）如集料的最大粒径达到40mm60mm或超过60mm时，灌砂筒和现场试洞的直径以200mm为宜，工地上普遍应用150mm的灌砂筒，它的测深为150mm,其所测压实度仅为这150mm的压实度。但是现场压实层厚度往往在200mm左右，而且一般压实度在压实表层都比较高，往下就难以保证，因此在山区现场含碎石较多的集料应采用200mm的大灌砂筒检测为宜。（4）量砂标定步骤：标定灌砂筒下部圆锥体内砂的质量砂，向灌砂筒内装砂至据筒顶15mm左右为止，是为了恒定相同砂面高度的砂，在相同下落速度的情况下，得到相同的标准砂密度，称取筒内砂的质量m1,且要使筒内砂的质量准确至1g，以后每次标定及试验都应该保持到高度与质量不变。工地现场检测的实践证明，灌砂筒中砂面高度重量与室内标定时相一致，为路基压实度的检测准确性提供了可靠的保证。标准砂要一定符合要求，首先标准砂要干燥洁净，其次要使颗粒级配组成控制在0.30-0.60mm或0.25-0.50mm 之内。将开关打开，使灌砂筒筒底的流砂孔，圆锥形漏斗上端开口圆孔及开关铁板中心的圆孔上下对准重叠在一起，让砂自由流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑内的体积相当（或等于标定罐的体积），然后关上开关。此步骤不能省略，是为了是量砂处于测量时的状态，以准确地得到量砂的体积。不晃动储砂筒的砂，轻轻地将灌砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，将开关关上，并细心地取走灌砂筒。收集并称量留在玻璃板上的砂或称量筒内的砂，准确至1g。玻璃板上的砂就是填满筒下部圆锥体的体积（m2）。重复上述测量三次，取其平均值。用水确定标定罐的容积V，准确至1g。在储砂筒中装入质量为m1的砂，并将灌砂筒放在标定罐上，将开关打开，让砂流出。在整个流砂过程中，不要碰动灌砂筒，直到储砂筒内的砂不再下流时，将开关关闭。取下灌砂筒，称取筒内剩余砂的质量（m3），准确至1g。按下式计算填满标定罐所需砂的质量ma（g）ma= m1- m2 -m3式中：ma标定罐中砂的质量（g） m1装入灌砂筒内的砂的总质量（g） m2灌砂筒下部圆锥体内砂的质量（g） m3灌砂入标定罐后，筒内剩余砂的质量（g） 重复上述测量三次，取其平均值。按下式计算量砂的单位质量s（g/cm3）:s= ma/V式中：s量砂的单位质量（g/cm3）； V标定罐的体积（cm3）2.4.3现场施工灌砂法试验步骤：在试验地点,选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积。将基板放在平坦表面上，当表面的粗糙度较大时，则将盛有量砂（m5）的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，将灌砂筒的开关打开,让砂流入基板的中孔内，直到储砂桶内的砂不再下流时关闭开关。取下灌砂筒，并称量筒内砂的质量（m6），准确至1g。取走基板，并将留在试验地点的量砂收回，重新将表面清扫干净。将基板放回清扫干净的表面上(尽量放在原处)，沿基板中孔凿洞（洞的直径与灌砂筒一致）。在凿洞过程中，应注意不使凿出的材料丢失，并随时将凿松的材料取出装入塑料袋中，不使水分蒸发。也可放在大试样盒内。试洞的深度应等于测定层厚度，但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出。对土基或基层，为防止试样盘内材料的水分蒸发，可分几次称取材料的质量，全部取出材料的总质量为（mw）。准确至1g。注：当需要检测厚度时，应先测量厚度后再进行这一步。从挖出的全部材料中取有代表性的样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量。样品的数量如下：用小灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于100g；对于各种中粒土，不少于500g。用大灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于200g；对于各种中粒土，不少于1000g；对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定材料，宜将取出的全部材料烘干，且不少于2000g，称其质量（md），准确至1g。将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间（储砂筒内放满砂到要求质量m1），使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。仔细取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量(m4)，准确至1g。如清扫干净的平坦表面的粗糙度不大，也可省取和的操作。在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间，不需要放基板。打开筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。仔细取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量(m4)，准确至1g。仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用。若量砂的湿度已经发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，时其与空气的湿度达到平衡后再用。通过计算获取压实度：灌砂时，试坑上放有基板时：mb =m1 -m4 -（m5 -m6）灌砂时，试坑上不放有基板时：mb =m1 - m4-m2式中： mb 填满试坑的砂的质量（g）m1 灌砂前灌砂筒内砂的质量（g）m2 灌砂筒下部圆锥体内砂的质量（g）m4 m4灌砂后灌砂筒内剩余砂的质量（g）（m5 -m6）灌砂筒下部圆锥体及基板和粗糙表面间砂的合计质量（g）试坑材料的湿密度w（g/cm3）:w = mw / md *s式中：mw 试坑中取出的全部材料的质量（g）试坑材料的干密度d （g/cm3）:d= w/(1+)式中：试坑材料的含水率（）当为水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土的场合，可按照下式计算密度：d = md / mb*s式中：md试坑中取出的稳定土的烘干质量（g）施工压实度：K=d/c式中：K测试地点的施工压实度（） c由击实试验得到的试样的最大干密度（g/cm3）注：当试坑材料组成与击实试验的材料有较大差异时，可以试坑材料作标准击实，求取实际的最大干密度。待添加的隐藏文字内容2第三章 检测点的布置与频率选点是否得当，直接影响到压实度的检测结果。选点太少，没代表性，很难反映实际情况；选点太多，不但没必要，而且浪费人力、时间，降低工作效率。因此，按照规范要求频率和位置选点在工程施工中很重要。在压实度检测中，试坑的位置应选择在每一设计车道内，要有代表性。检测有不合格点时，可在该点前后一定范围内加倍复检，若复检两点压实度合格，则该段路基压实合格；若有一点或两点压实度都不合格则证明该段路基压实不合格，需返工处理。所以进行压实度检测时选点应得当，检测频率满足规范要求。这样检测结果才能较客观的反映工程质量的实际情况。第四章 现场灌砂法试验注意事项现场测试时，储砂筒中砂面高度和重量与室内标定时保持一致。 基板使用：检测时，地表面应处理平整，若凹凸不平应使用基板，以减少试验误差，尽量使检测表面光滑平整。现场测试完后，要检查罐砂筒底板、基板与地面之间是否有砂子漏出，如有要将其单独清出，称其质量，计算密度时应扣除这部分质量。 量砂的使用：量砂应规则，使用进行回收的量砂，下次使用前必须过筛洗净、烘干，并放置足够的时间，使其与标定时洁净、干潮状况一致，以保证量砂密度。换砂时应重新标定量砂密度，确保试验准确性。 试坑的形状：试坑的形状应该是空的圆柱体，但施工单位往往会将坑挖成锅底的形状，尤其是在接近试坑底部的位置。前面我们谈到就每一压实层而言，越向下的部位其压实度越小，所以，这样形状的试坑将导致较松散部位的土取出的相对较少，导致测得的压实度值偏大。 试坑的深度：按照公路路基面现场测试规程要求，试坑的深度应该等于测定层的厚度，但不得有下层材料混入，一般情况下，每压实层厚为20cm，所以，试坑深度也应该是20cm。由于现场操作时，挖坑这道工序往往由施工单位的民工完成，其挖坑深度经常达不到要求。压路机在碾压过程中其应力分布成倒三角形，所以就每一层压实而言，越向下的部位其压实度越小。因而，坑的深度不够，将导致测得的压实度偏大。试坑深度应尽量等于标定时深度，坑壁笔直，上下口直径相等，避免上大下小或上小下大。建议试洞深度应以15cm为宜。因为按此深度进行检测，比较符合实际情况，能较好地反映测定层的压实度，提高检测工作效率。 灌砂的时间：正确的做法是观察边缘处标准砂不在流动后还需要等十几秒钟再停止灌砂。因为我们无法直接观察到中心部位砂子的流动情况，而且砂子的流动是从中心开始而后才向边缘扩展的。如果提前结束灌砂，势必导致灌入的标准砂质量偏少，从而导致测得的压实值偏大。 含水量的测试：测含水量时，应将试坑内取出的土样迅速搅拌均匀，然后取试样测含水量。通过烘干法与酒精法（淹没集料出现自由液面，燃烧三次）对比，其结果不超过1，证明是可行的。但要注意的是所用酒精纯度必须要达到95，劣质酒精不但不能充分燃烧反而会变成水份，影响检测结果。 第五章 路基压实度灌砂法检测影响因素5.1最大干密度和最佳含水量对检测压实度的影响室内击实试验得出的最大干密度和最佳含水量是对压实度检测的重要因素之一。若最大干密度偏大，压实度难以达到要求；最大干密度偏小，压实度检测很容易达到要求，而压实功没有达到实际要求。最佳含水量偏大，则路基容易翻浆；最佳含水量偏小，则路基难于压实，使填料达不到最佳的嵌挤和密实。击实试验一定要做到取样有代表性，室内击实试验的试样与路基填样相一致，要求施工单位与监理单位应共同取样。针对山区高速公路的地质情况，对集料最大干密度的获得除标准击实试验外也可考虑使用表面振动压实仪法。对于测定无粘性自由排水粗粒土和巨粒土的最大干密度表面振动压实仪法更接近于现场振动碾压的实际状况。通过对比使击实试验得到的最大干密度和最佳含水量接近真值5.2室内量砂标定对灌砂法的影响5.2.1标定罐深度对量砂密度的影响   通过现场试验结果发现标定罐深度每减2cm 砂密度大约降低1%（取临海高等级公路东台段1标验室标定数据），与公路土工试验规程（JTGE40- 2007） 中标定罐每减2.5cm 砂的密度约降低1%基本相符。可见标定罐深度不同对砂密度影响较大。因此，现场试洞深度应尽量与室内标定罐深度一致。5.2.2 贮砂筒中砂面高度及砂的总重对量砂密度的影响 公路土工试验规程对贮砂筒内砂的高度和质量做了明确规定。筒内砂的高度与筒顶距离不超过15mm，原因是不同砂面高度的砂，其下落速度不同，因而灌进标定罐内砂的密实程度也不同，这就直接影响了量砂的密度。因为标定时，只要砂总重相同，即砂的自重一样，则其下落速度也能保持一致，从而提高量砂使用的准确性。实践证明，现场测量时，贮砂筒中砂面高度保持一致（自然重量也将一致），则大大提高检测数据的准确性。5.2.3 砂的颗粒级配组成对量砂密度的影响公路土工试验规程对砂的颗粒组成对试验的重现性有影响进行了说明，不同颗粒粒径组成的砂，其级配不同，密度也明显不同，根据不同粒径的砂标定漏斗的体积和砂的密度时的重现性表可知，使用粒径0.30.6mm 砂的重现性最好，则每次检测使用时量砂必需采用标准砂0.30.6mm），且要保持砂的清洁及干燥。5.2.4 砂密度大小对试验结果影响 灌砂法基本原理是用标准砂来置换试洞中的集料，利用试洞中的砂质量换算试洞体积。砂密度偏大会造成试洞换算体积偏小，压实度偏大；砂密度偏小会造成试洞换算体积偏大，压实度偏小。1.5 锥砂质量大小对试验结果的影响锥砂质量大小对现场试验精度有直接影响。锥砂质量偏大，造成试洞中砂质量偏小，试洞换算体积相应偏小，压实度值偏大。锥砂质量偏小，造成试洞中砂质量偏大，试洞换算体积相应偏大，压实度相应偏小。故标定锥砂重必须在现场多次重复标定，取平均值，确保试验准确性。5.3现场作业对灌砂法检测的影响5.3.1 选点及检测频率 路基压实质量是否满足要求与单个测点压实度及整个路段总体压实度评结果有关。因此压实度检测选点是否得当，直接影响到压实度的检测结果。进行压实度检测时，选点应得当，随机取点，检测频率要满足规范要求。这样，检测结果才能较客观地反映工程质量的实际情况。5.3.2 测点位置的选择 检测点的位置很重要。由于工程结构的特殊性，一般而言，由于设备行车轨迹及机手边缘情结，路基中间部位压实度相对较高，而两侧接近路缘处往往压实度不够，而压实度则普遍较低。千里之堤溃于蚁穴，任何一个薄弱点都可能造成整个工程质量隐患，而压实度检测也应全面检测，对检测出的薄弱点应及时报告现场施工人员，采取补救措施。5.3.3 试洞深度对检测结果的影响 按照公路路基路面现场测试规程要求，试洞的深度应该等于测定层的厚度，但不得有下层材料混入。由于现场操作时，挖洞这项工作往往由民工完成，其挖洞深度经常达不到要求。压路机在碾压过程中其应力分布呈倒三角形，所以就每压实层而言，越向下的部位其压实度越小。因而，洞的深度不够，将导致测得的压实度值偏大。不过，现在公路施工均采用透层检测，也即全面消除倒三角形的影响。5.3.4 试洞形状对检测结果的影响 试洞深度应尽量等于标定时深度，试洞的形状应该是空的圆柱体，坑壁笔直，上下口直径相等。但实际掘坑时由于检测人员责任心不强，往往会将坑成上大下小的锅底状或上小下大的形状，尤其是在接近试洞坑底将导致较松散部位的土取出得相对较少，导致测得的压实度偏大，反之上小下大的形状将导致压实度偏小。5.3.5 灌砂时间对检测结果的影响 因为砂子的流动是从中心开始而后才向边缘扩展的，而我们又无法直接观察到中心部位砂子的流动情况。正确的做法是边缘处标准砂不再流动后还需要等十几秒钟再停止灌砂。如果提前结束灌砂，势必导致灌入的标准砂质量偏少，从而导致测得的压实度值偏大。5.3.6 现场含水量对检测结果的影响 现场含水量检测常用酒精法，但要注意酒精是否淹没集料出现自由液面、燃烧次数、所用酒精纯度。在取料做含水量时，应取试洞内有代表性的土样及时检测含水量，若选取了较干燥或较湿的部分或拖延了时间选取势必导致含水量偏差，从而影响压实度值。5.3.7 要尽量使检测表面光滑平整 现场测试完后，要检查灌砂筒底板、基板与地面之间是否有砂子漏出，如果有要将其单独清出，称其质量，计算时应扣除这部分质量。若忽略则会影响压实度的真实性。5.3.8现场施工干扰对检测结果的影响 灌砂法检测现场任何产生振动的干扰均会增加试洞内灌砂质量，造成换算试洞体积增大，压实度值偏小。因此，检测现场应严防施工干扰，确保检测结果的准确性。5.3.9 现场检测后回收标准砂注意事项 灌砂完毕后，回收试洞中量砂应过重新过筛，除掉杂质及泥粉后，重新标定标准砂的密度。第6章 结论 文章对灌砂法技术要点的提出，从根本上解决了压实度检测结果的不准确性，对提高路基压实度检测的精确度，加强路基压实度监控将起到重要作用。参考文献:1公路路基路面现场测试规程（JTG E60-2008）S北京：人民交通出版社，2008 2公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）S北京：人民交通出版社，2004. 3公路土工试验规程（JTG E40-2007）S北京：人民交通出版社，2008