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摘 要：固体体积率是反应压实程度的重要指标, 了解固体体积率的计算方法和影响因素, 对于确保施工压实质量起到关键的作用。在施工控制和每一层的验收检测中, 以固体体积率为主, 沉降差控制为辅控制压实质量的方法取得明显的成效。实践证明该方法具有实用性和可操作性, 对填石基础的施工压实质量控制具有很好的指导作用。 随着填石路基在公路和市政工程的广泛应用, 其相对于的压实质量检测方法也在不断的发生变化。本文就固体体积率在填石路基施工压实质量控制的应用进行研究, 为同类工程试验检测提供参考。
关键词：固体体积率；填石路基；检测；应用
Abstract: Solid volume rate is an important index of the degree of compaction of the reaction, calculation method and influence factors of solid volume rate, to ensure that the compaction quality plays a key role. In the construction control and each layer of the acceptance test, based on solid volume rate, differential settlement control method as a supplement control of compaction quality achieved remarkable results. The practice proves that the method has the practicability and maneuverability, it has the very good role in guiding the construction of rock fill foundation compaction quality control. With the development of filling stone roadbed in the highway and the wide application of municipal engineering, the compaction quality detection method is also in constant change. In this paper, solid volume rate were studied in the application of filling stone roadbed compaction quality control, provides the reference for the similar engineering test.Key words: solid volume rate; filling stone roadbed; detection; application
中圖分类号：V448.15+1
随着国家基础设施建设的不断深入, 公路、市政道路、机场等建设工程也在迅猛的增长。在缺乏良好土质, 而石料丰富的地方, 常用石料作为路基填料。填石路基具有透水性强、抗压强度大、压实密度大、沉降变形小等工程特点。针对填石路基的广泛应用, 路基施工质量的检测技术也在更新, 原来土质路基的压实质量的检测方法有灌砂法、环刀法。由于填石路基具有粒径大, 孔隙率大的特点, 以上两种方法已经不再适用了。为了控制填石路基的施工质量, 提出了固体体积率这个指标。
1 概念
固体体积率是表征填料在施工压实过程中密实程度的一个参数。从直观意义的理解就是固体的体积占总体的体积的比率, 固体体积率越大, 密实程度越大。孔隙率的概念正好相反, 它表征的是空隙的体积( 包括空气体积, 和水的体积) 占总体积的大小。依据固体体积率和孔隙率的概念, 很容易得出固体体积率和孔隙率的和等于 1。
2 适用条件
固体体积率一般用于孔隙率较大的石方填筑和土石混合填筑的压实质量控制, 具体可用在机场跑道, 停机坪等填石基础、公路或市政工程的填石路基或土石混填路基, 建筑工程的填石基础等部位的压实质量控制。
3 公式推导
固体体积率的公式推导过程, 可结合土的三相比例图(图
1) 和土的三相比例指标换算图 ( 图 2) 进行推导, 推导过程如下:
设土粒体积 VS= 1, 则根据孔隙比的定义得：
VV= VSe = e, 所以 V = 1+ e
根据相对密度的定义 ms= dsQwVs= dsQw
Va—— 气体体积; Vw——水的体积; Vs——土粒体积; Vv——气体和水的体积; V ——土的总体积; ma——空气的质量; mw—— 水的质量; ms——土粒质量; m——土的总质量
根据含水量的定义 mw= ws= w dsQw, 所以 m= ms+ mw= ( 1+ w ) dsQw
根据体积和质量的关系:
根据图 1- 10, 可由指标的定义得到下述公式:
依据固体体积率的定义可以得到:
固体体积率 K= 1- n=Qdds
V——土的总体积;
VV——土的孔隙体积;
VS——土粒的体积;
Vw——水的体积;
Va——气体的体积;
M——土的总质量;
Ms——土粒的质量;
Mw——水的质量;
Ds——土粒比重;
Qw—— 水的密度;
W—— 土的含水量;
Q—— 土的密度;
E——土的孔隙比;
N——土的孔隙率;
K——土的固体体积率;
Qd——土的干密度。
由上述的推导可知, 只要测出测点的干密度和测点比重就可以求出测点的固体体积率。
4 试验方法
4．1 干密度的测定
根据 JTG E40- 2007《公路土工试验规程》中《土的密度试验》的灌水法测出测点的干密度。检测中要注意的要点:
4. 1. 1 应该根据测点石料的最大粒径来确定试坑的尺寸。如果试坑的尺寸过小, 取出的样品没有代表性会导致检测结果失真。
4. 1. 2 在往薄膜形成的袋内注水时, 牵住薄膜的某个部位, 一边拉, 一边注水, 使薄膜与坑壁的空气得以排出。如果薄膜和坑壁封闭有气体, 会导致试坑的体积变小, 导致检测误差。另外灌水后应该观察水面是否稳定, 如果水面持续下降,则说明薄膜有漏水, 应重新试验。
4. 1. 3 在测定试样的含水率时, 由于试坑的尺寸比较大,所以取出的试样质量也很大。因此, 只能从全部试样中取出部分代表性的样品进行含水率测定。同时, 路基填料是一种不均匀的填料, 填料主要由粒径大于 60mm 的漂石和粒径小于 4. 75mm 的石屑或砂混合而成。粗、细料粒径差别很大, 难以均匀的混合, 如果直接取混合料测定含水率, 取样很难均匀, 从而导致含水率结果失真。所以 JT G E40- 2007《公路土工试验规程》中《土的密度试验》的灌水法中明确规定粗、细试样应分开测定含水率, 再合成整体含水率。整体含水率按照下式合成:
w= wfpf+ wc( 1- pf)
w—— 整体含水率( %) , 计算至 0.01% ;
wf——细粒料部分的含水率( % ) ;
wc—— 粗粒料部分含水率( % )；
pf——细试样的干质量与全部材料干质量的质量比( % ) ;( 粗、细试样粒径以 60mm 为界)。
4．2 比重的测定
测定合成比重, 粒径小 5mm 试样用比重瓶法测比重, 粒径大于 5mm 的试样又分两种情况, 若大于20mm 试样占总质量的百分数小于 10% , 用浮力法或网篮法测定比重, 若大于20mm 试样占总质量的百分数大于 10% , 用虹吸筒法测定比重。最后按照下式计算合成比重。
GS——合成比重( g/ cm3) ;
P1——大于5mm 土粒占总质量的百分比( % ) ;
P2——小于5mm 土粒占总质量的百分比( % ) ;
Gs1—— 大于5mm 土粒比重( g / cm3) ;
Gs2—— 小于5mm 土粒比重( g / cm3)。
5 和固体体积率配合使用的压实质量控制方法
由于固体體积率试验的操作比较繁琐, 在大面积施工的过程中, 检测频率较大, 所有的测点都用固体体积率来检测不但工作量巨大, 而且影响工期。由于沉降差和固体体积率有很好的相关性, 所以固体体积率可以和沉降差配合使用。沉降差就是用水准仪观测测点在固定吨位的压路机碾压前后的标高变化。在实际工程检测中可以以固体体积率作为主, 以沉降差为辅的检测手段。首先铺筑试验段, 通过试验, 确定出固体体积率符合施工技术要求的压实机具组合、碾压遍数、虚铺厚度等参数, 并记录出固体体积率达到要求时压路机一次碾压前后的沉降差, 以此作为施工控制的指标。在施工过程的压实质量控制中, 测量一次碾压的沉降差, 如果小于试验段的沉降差则压实质量符合要求。
参考文献
[ 1] 黄晓波，周立新. 固体体积率检测方法探讨[J].第九届全国工程地质大会论文集.2012(10)
[ 2] 江巍, 潘轶. 固体体积率检测方法在公路工程施工中的应用[ J ] . 中国水运, 2010, ( 11) 249- 250
[3] 杨丽香.高等级公路施工中压实度检测方法探讨[J]. 山西交通科技. 2003(S2)
[4] 庞增贵.灌砂法检测路基压实度准确度的控制方法[J]. 黑龙江交通科技. 2008(08)
[5] 杜爱如.核子密度仪在道路施工中的应用[J]. 山西交通科技. 2001(03)
关键词：固体体积率；填石路基；检测；应用
Abstract: Solid volume rate is an important index of the degree of compaction of the reaction, calculation method and influence factors of solid volume rate, to ensure that the compaction quality plays a key role. In the construction control and each layer of the acceptance test, based on solid volume rate, differential settlement control method as a supplement control of compaction quality achieved remarkable results. The practice proves that the method has the practicability and maneuverability, it has the very good role in guiding the construction of rock fill foundation compaction quality control. With the development of filling stone roadbed in the highway and the wide application of municipal engineering, the compaction quality detection method is also in constant change. In this paper, solid volume rate were studied in the application of filling stone roadbed compaction quality control, provides the reference for the similar engineering test.Key words: solid volume rate; filling stone roadbed; detection; application
中圖分类号：V448.15+1
随着国家基础设施建设的不断深入, 公路、市政道路、机场等建设工程也在迅猛的增长。在缺乏良好土质, 而石料丰富的地方, 常用石料作为路基填料。填石路基具有透水性强、抗压强度大、压实密度大、沉降变形小等工程特点。针对填石路基的广泛应用, 路基施工质量的检测技术也在更新, 原来土质路基的压实质量的检测方法有灌砂法、环刀法。由于填石路基具有粒径大, 孔隙率大的特点, 以上两种方法已经不再适用了。为了控制填石路基的施工质量, 提出了固体体积率这个指标。
1 概念
固体体积率是表征填料在施工压实过程中密实程度的一个参数。从直观意义的理解就是固体的体积占总体的体积的比率, 固体体积率越大, 密实程度越大。孔隙率的概念正好相反, 它表征的是空隙的体积( 包括空气体积, 和水的体积) 占总体积的大小。依据固体体积率和孔隙率的概念, 很容易得出固体体积率和孔隙率的和等于 1。
2 适用条件
固体体积率一般用于孔隙率较大的石方填筑和土石混合填筑的压实质量控制, 具体可用在机场跑道, 停机坪等填石基础、公路或市政工程的填石路基或土石混填路基, 建筑工程的填石基础等部位的压实质量控制。
3 公式推导
固体体积率的公式推导过程, 可结合土的三相比例图(图
1) 和土的三相比例指标换算图 ( 图 2) 进行推导, 推导过程如下:
设土粒体积 VS= 1, 则根据孔隙比的定义得：
VV= VSe = e, 所以 V = 1+ e
根据相对密度的定义 ms= dsQwVs= dsQw
Va—— 气体体积; Vw——水的体积; Vs——土粒体积; Vv——气体和水的体积; V ——土的总体积; ma——空气的质量; mw—— 水的质量; ms——土粒质量; m——土的总质量
根据含水量的定义 mw= ws= w dsQw, 所以 m= ms+ mw= ( 1+ w ) dsQw
根据体积和质量的关系:
根据图 1- 10, 可由指标的定义得到下述公式:
依据固体体积率的定义可以得到:
固体体积率 K= 1- n=Qdds
V——土的总体积;
VV——土的孔隙体积;
VS——土粒的体积;
Vw——水的体积;
Va——气体的体积;
M——土的总质量;
Ms——土粒的质量;
Mw——水的质量;
Ds——土粒比重;
Qw—— 水的密度;
W—— 土的含水量;
Q—— 土的密度;
E——土的孔隙比;
N——土的孔隙率;
K——土的固体体积率;
Qd——土的干密度。
由上述的推导可知, 只要测出测点的干密度和测点比重就可以求出测点的固体体积率。
4 试验方法
4．1 干密度的测定
根据 JTG E40- 2007《公路土工试验规程》中《土的密度试验》的灌水法测出测点的干密度。检测中要注意的要点:
4. 1. 1 应该根据测点石料的最大粒径来确定试坑的尺寸。如果试坑的尺寸过小, 取出的样品没有代表性会导致检测结果失真。
4. 1. 2 在往薄膜形成的袋内注水时, 牵住薄膜的某个部位, 一边拉, 一边注水, 使薄膜与坑壁的空气得以排出。如果薄膜和坑壁封闭有气体, 会导致试坑的体积变小, 导致检测误差。另外灌水后应该观察水面是否稳定, 如果水面持续下降,则说明薄膜有漏水, 应重新试验。
4. 1. 3 在测定试样的含水率时, 由于试坑的尺寸比较大,所以取出的试样质量也很大。因此, 只能从全部试样中取出部分代表性的样品进行含水率测定。同时, 路基填料是一种不均匀的填料, 填料主要由粒径大于 60mm 的漂石和粒径小于 4. 75mm 的石屑或砂混合而成。粗、细料粒径差别很大, 难以均匀的混合, 如果直接取混合料测定含水率, 取样很难均匀, 从而导致含水率结果失真。所以 JT G E40- 2007《公路土工试验规程》中《土的密度试验》的灌水法中明确规定粗、细试样应分开测定含水率, 再合成整体含水率。整体含水率按照下式合成:
w= wfpf+ wc( 1- pf)
w—— 整体含水率( %) , 计算至 0.01% ;
wf——细粒料部分的含水率( % ) ;
wc—— 粗粒料部分含水率( % )；
pf——细试样的干质量与全部材料干质量的质量比( % ) ;( 粗、细试样粒径以 60mm 为界)。
4．2 比重的测定
测定合成比重, 粒径小 5mm 试样用比重瓶法测比重, 粒径大于 5mm 的试样又分两种情况, 若大于20mm 试样占总质量的百分数小于 10% , 用浮力法或网篮法测定比重, 若大于20mm 试样占总质量的百分数大于 10% , 用虹吸筒法测定比重。最后按照下式计算合成比重。
GS——合成比重( g/ cm3) ;
P1——大于5mm 土粒占总质量的百分比( % ) ;
P2——小于5mm 土粒占总质量的百分比( % ) ;
Gs1—— 大于5mm 土粒比重( g / cm3) ;
Gs2—— 小于5mm 土粒比重( g / cm3)。
5 和固体体积率配合使用的压实质量控制方法
由于固体體积率试验的操作比较繁琐, 在大面积施工的过程中, 检测频率较大, 所有的测点都用固体体积率来检测不但工作量巨大, 而且影响工期。由于沉降差和固体体积率有很好的相关性, 所以固体体积率可以和沉降差配合使用。沉降差就是用水准仪观测测点在固定吨位的压路机碾压前后的标高变化。在实际工程检测中可以以固体体积率作为主, 以沉降差为辅的检测手段。首先铺筑试验段, 通过试验, 确定出固体体积率符合施工技术要求的压实机具组合、碾压遍数、虚铺厚度等参数, 并记录出固体体积率达到要求时压路机一次碾压前后的沉降差, 以此作为施工控制的指标。在施工过程的压实质量控制中, 测量一次碾压的沉降差, 如果小于试验段的沉降差则压实质量符合要求。
参考文献
[ 1] 黄晓波，周立新. 固体体积率检测方法探讨[J].第九届全国工程地质大会论文集.2012(10)
[ 2] 江巍, 潘轶. 固体体积率检测方法在公路工程施工中的应用[ J ] . 中国水运, 2010, ( 11) 249- 250
[3] 杨丽香.高等级公路施工中压实度检测方法探讨[J]. 山西交通科技. 2003(S2)
[4] 庞增贵.灌砂法检测路基压实度准确度的控制方法[J]. 黑龙江交通科技. 2008(08)
[5] 杜爱如.核子密度仪在道路施工中的应用[J]. 山西交通科技. 2001(03)