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摘要:路基土及路面基层的压实度是工地实际达到的干密度与实试验所得的最大干密度的比值,而对沥青路面来说,压实度是指现场实际达到的密度与室内标准密度的比值。本文在介绍路基土、路面基层最大干密度及最佳含水量方法的同时,还对目前现场密度试验普遍采用的方法:环刀法、灌砂法、核子湿度密度仪法适用条件、仪器、方法步骤等做了详细介绍。
关键词:路基;压实度;检测
中图分类号:U416.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)21-0042-02
随着社会对公路工程质量要求的提高,公路建设项目管理水平、质量监控体系、监管办法和机械化施工水平也随之提升。路基、路面压实质量是道路工程施工质量管理最重要的内在指标之一,只有对路基、路面结构层进行充分压实,才能保证路基、路面的强度、刚度及路面的平整度,并可以保证及延长路基、路面工程的使用寿命。公路路基压实质量,主要是靠具体的检测方法和检测数据来评定的,这些质量检测方法和检测数据是否科学、真实、有效,直接影响着路基质量评定是否准确。现场压实质量用压实度表示,对于路基土及路面基层,压实度是指工地实际达到的干密度与实试验所得的最大干密度的比值;对沥青路面,压实度是指现场实际达到的密度与室内标准密度的比值。
1标准密度(最大干密度)和最佳含水量的确定方法
所谓压实度,是指土被压实后的干容重与该土的标准干密度之比。在压实过程中,土颗粒间的引力和斥力的相对大小决定了压实土的结构。当土样的含水量较小时,粒间引力较大,在一定的外部压实功能作用下,还不能有效地克服引力而使土颗粒相对移动,这时压实效果较差;增大含水量后,结合水膜逐渐增厚,引力减小,土颗粒在相同功能条件下易于移动而挤密,所以压实效果较好;当含水量增大到一定程度后,孔隙中已出现了自由水,结合水膜的扩大作用不再显著,因而引力的减少也不是十分显著,同时自由水填充在孔隙中阻止土颗粒移动的作用却随着含水量的增加而渐渐显著起来,所以此时压实效果反而下降。所以,通过检测土壤的干密度能有效评判路基压实度的质量。
由于筑路材料结构层次等因素的不同,确定室内标准密度的方法也多样化,有些方法需在实践中进一步完善。最大干密度是指在标准击实曲线(驼峰曲线)上最大的干密度值,该值对应的含水量即为最佳含水量。
1.1路基土的最大子密度和最佳含水量确定方法
根据路基受到的荷载应力不同,路基压实度要求也不同。公路等级高,对路基强度的要求则相应提高,对路基压实度的要求也应高一些。高速、一级公路路基的压实度标准,对于路床0～80 cm应不小于95%,路堤80 cm～150 cm应不小于93%,150 cm以下应不小于90%;对于零填及路堑、路槽底面以下0～30 cm应不小于95%。在平均年降雨量少于150mm且地下水位低的特殊干旱地区(相当于潮湿系数≤0.25地区)的压实度标准可降低2%～3%。在平均年降雨量超过2 000 mm,潮湿系数> 2的过湿地区和不能晾晒的多雨地区,天然土的含水量超过最佳含水量5%时,应进行稳定处理后再压实。
振动台法与表面振动压实仪法均是采用振动方法测定土的最大干密度,前者试验设备及操作较复杂,后者相对容易,且更接近于现场振动碾压的实际状况。因此,对于砂、卵、漂石及堆石料等无黏聚性自由排水上而言,推荐优先采用表面振动压实仪法。
1.2路面基层混合料最大干密度及最佳含水量确定方法
理论计算法,是较为科学的确定最大干密度和最佳含水量的方法。
1.2.1石灰土、二灰稳定粒料
根据室内试验测得结合料的最大干密度ρ1和集料的相对密度γ,把已确定的结合料与集料的质量比换算为体积比V1∶V2,则可计算混合料的最大干密度。
石灰土、二灰稳定粒料的最佳含水量w0是结合料的最佳含水量w1和集料饱水裹覆含水量w2的加权值。饱水裹覆含水量是指把集料浸水饱和后取出,不擦去表面裹覆水时的含水量。除吸水率特大的集料外,此值对于砾石可以取3%,碎石可取4%。
1.2.2水泥稳定粒料
此类材料的最大干密度ρ0与集料的最大干密度ρG和水泥硬化后的水泥质量有关。水泥加水拌匀后,在105℃烘箱中烘干,称试验前水泥质量和烘干后硬化的水泥质量,即可求得水泥水化的水增量。因水泥中含有水化水,故用烘箱法不能正确测出水泥稳定粒料的最佳含水量。根据对比试验,水泥稳定粒料的最佳含水量w0,由水泥的水化水、集料的饱水裹覆含水量和拌和水泥所需要的水(水灰比为0.5)三者组成。
1.3沥青混合料标准密度确定方法
沥青混合料标准密度,以沥青拌和厂取样试验的马歇尔密度或者试验段密度为准。具体方法有:水中重法,适用于密实的Ⅰ型沥青混凝土试件,不适用于采用了吸水性大的集料的沥青混合料试件;表干法,适用于表面较粗,但较密实的Ⅰ型或Ⅱ型沥青混凝土试件,不适用于吸水率大于2%的沥青混合料试件;蜡封法,适用于吸水率大于2%的Ⅰ型或Ⅱ型沥青混凝土试件以及沥青碎石混合料试件,不能用水中重法或表干法测密度时,应用蜡封法测定;体积法,本法适用于空隙率较大的沥青碎石混合料,及大空隙透水性开级配沥青混合料试件。在进行密度试验时,应根据混合料本身的特点,适当选择试验方法。
2现场密度试验检测方法
目前,较为常用的现场压实度的测量方法有环刀法、灌砂法、核子密度仪法等。
2.1环刀法
该法主要使用于测定不含骨料的粘性土密度。仪器设备有:环刀(内径6 cm～8 cm,高2 cm～3 cm,壁厚1.5 mm～2 mm)、天平(感量0.1g)、修土刀、钢丝锯、凡士林等。试验方法如下:
(1)预先在环刀内壁涂一层凡士林,在设定检测位置将环刀的刀口向下放在土体上。
(2)通过修土刀或钢丝锯,将土样削成略大于环刀直径的土样,然后将环刀垂直加压,至土样伸出环刀上部为止;削去两端余土,使之与环刀口面齐平,并用剩余土样测定含水量。
(3)擦净环刀外壁,称量其质量,准确至0.1g。
(4)结果整理:计算出土样的干密度,进而获得压实系数K。
2.2灌砂法
实行灌砂法,应当符合条件:当集料的最大粒径小于15mm、测定层的厚度不超过150 mm时,宜采用Φ100 mm的小型灌砂筒测试;当集料的粒径等于或大于15 mm,但不大于40 mm,测定层的厚度超过150 mm,但不超过200 mm时,应用Φ150 mm的大型灌砂筒测试。所需仪器设备有:灌砂筒(内径100 mm、总高360 mm)、金属标定罐、基板、台秤(称量10 kg～15 kg,感量5 g)、量砂(粒径0.25 mm～0.50 mm、重量20 kg～40 kg)、必要的挖取土设备。试验方法如下:
(1)对某一标段进行试验检验时,应对所使用的量砂密度进行标定。
(2)在压实系数检测点,选40 cm×40 cm的平坦地面,并将基板水平的置于检测点上。
(3)沿基板的中孔凿直径100 mm的试洞,试洞深度等于碾压层厚度,并将凿出的土料全部放入已知质量的塑料袋中,并获得试样的质量。
(4)在取出的试样中取出具有代表性的土样进行含水量试验。
(5)将罐砂筒安装在基板上,使罐砂筒的下口对准基板的中孔及试洞,打开罐砂筒开关,让量砂注入试洞,通过称量罐砂筒中砂的重量变化来获得注入试洞的量砂重量,进而获得试洞的体积。
(6)试验完毕取出试洞中的量砂,以备下次使用;若量砂的湿度发生明显变化或混有杂质,则需重新烘干、过筛。
(7)结果整理:计算出土样的干密度,进而获得压实系数K。
2.3核子湿度密度仪法
本方法用于测定沥青混合料面层的压实密度时,在表面用散射法测定,所测定沥青面层的层厚应不大于根据仪器性能决定的最大厚度。用于测定土基或基层材料的压实密度及含水量时打洞后用直接透射法测定,测定层的厚度不宜大于20 cm。所需仪器设备有:核子密度湿度仪、细砂(0.15 mm～0.3 mm)、天平或台称、毛刷等。试验方法及注意事项如下:
(1)确定位置,预热仪器。按照随机取样的方法确定测试位置,但与距路面边缘或其它物体的最小距离不得小于30cm。核子仪距其他射线源不得少于10 m。按照规定的时间,预热仪器。如用散射法测定时,应将核子仪平稳地置于测试位置上;如用直接透射法测定时,将放射源棒放下插入已预先打好的孔内。
(2)打开仪器,读取数据。打开仪器,测试员退出仪器2m以外,按照选定的测定时间进行测量,到达测定时间后,读取显示的各项数值,并迅速关机。
(3)使用安全注意事项:①仪器工作时,所有人员均应退到距仪器2m以外的地方;②仪器不使用时,应将手柄置于安全位置,仪器应装入专用的仪器箱内,放置在符合核幅射安全规定的地方;③仪器应由经有关部门审查合格的专人保管,专人使用。
路基、路面压实质量是道路治理最重要的指标之一,为保证路基、路面的强度,必须对路基路面结构层进行充分压实。对沥青道路来说,通过对路基土、路面基层材料最大干密度、最佳含水量及沥青混合料标准密度的测定,根据道路特点实际需要,灵活运用环刀法、灌砂法、核子湿度密度仪法进行现场密度检测,获得准确的检测数据,准确评价道路路基压实度的质量,确保道路使用安全。
参考文献
1 吴亚慧、张宏斌.高速公路路基的质量检测[J].山西建筑,2007(12)
2 金锡兰、李 金.浅谈路基压实度的质量检测技术[J].安徽建筑,2001(5)
3 宫旭东.浅谈路基压实度的检测方法[J].黑龙江科技信息,2007(12)
4 《土工试验方法标准》(GN/T 50123-1999)
A brief Talk on Highway Subgrade Compactness Detection Method
Li Bin
Abstract:subgrade compactness means the ratio of site actual dry density and max dry density in the experiment. For asphalt pavement, compactness means the ratio of site actual density and indoor standard density. In this article, introducing subgrade max dry density and optimum water content, it introduces site density experiment methods(including cutting ring method, sand replacement method, applicable condition)instrumentand procedures.
Key words:subgrade; compactness; detection
关键词:路基;压实度;检测
中图分类号:U416.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)21-0042-02
随着社会对公路工程质量要求的提高,公路建设项目管理水平、质量监控体系、监管办法和机械化施工水平也随之提升。路基、路面压实质量是道路工程施工质量管理最重要的内在指标之一,只有对路基、路面结构层进行充分压实,才能保证路基、路面的强度、刚度及路面的平整度,并可以保证及延长路基、路面工程的使用寿命。公路路基压实质量,主要是靠具体的检测方法和检测数据来评定的,这些质量检测方法和检测数据是否科学、真实、有效,直接影响着路基质量评定是否准确。现场压实质量用压实度表示,对于路基土及路面基层,压实度是指工地实际达到的干密度与实试验所得的最大干密度的比值;对沥青路面,压实度是指现场实际达到的密度与室内标准密度的比值。
1标准密度(最大干密度)和最佳含水量的确定方法
所谓压实度,是指土被压实后的干容重与该土的标准干密度之比。在压实过程中,土颗粒间的引力和斥力的相对大小决定了压实土的结构。当土样的含水量较小时,粒间引力较大,在一定的外部压实功能作用下,还不能有效地克服引力而使土颗粒相对移动,这时压实效果较差;增大含水量后,结合水膜逐渐增厚,引力减小,土颗粒在相同功能条件下易于移动而挤密,所以压实效果较好;当含水量增大到一定程度后,孔隙中已出现了自由水,结合水膜的扩大作用不再显著,因而引力的减少也不是十分显著,同时自由水填充在孔隙中阻止土颗粒移动的作用却随着含水量的增加而渐渐显著起来,所以此时压实效果反而下降。所以,通过检测土壤的干密度能有效评判路基压实度的质量。
由于筑路材料结构层次等因素的不同,确定室内标准密度的方法也多样化,有些方法需在实践中进一步完善。最大干密度是指在标准击实曲线(驼峰曲线)上最大的干密度值,该值对应的含水量即为最佳含水量。
1.1路基土的最大子密度和最佳含水量确定方法
根据路基受到的荷载应力不同,路基压实度要求也不同。公路等级高,对路基强度的要求则相应提高,对路基压实度的要求也应高一些。高速、一级公路路基的压实度标准,对于路床0～80 cm应不小于95%,路堤80 cm～150 cm应不小于93%,150 cm以下应不小于90%;对于零填及路堑、路槽底面以下0～30 cm应不小于95%。在平均年降雨量少于150mm且地下水位低的特殊干旱地区(相当于潮湿系数≤0.25地区)的压实度标准可降低2%～3%。在平均年降雨量超过2 000 mm,潮湿系数> 2的过湿地区和不能晾晒的多雨地区,天然土的含水量超过最佳含水量5%时,应进行稳定处理后再压实。
振动台法与表面振动压实仪法均是采用振动方法测定土的最大干密度,前者试验设备及操作较复杂,后者相对容易,且更接近于现场振动碾压的实际状况。因此,对于砂、卵、漂石及堆石料等无黏聚性自由排水上而言,推荐优先采用表面振动压实仪法。
1.2路面基层混合料最大干密度及最佳含水量确定方法
理论计算法,是较为科学的确定最大干密度和最佳含水量的方法。
1.2.1石灰土、二灰稳定粒料
根据室内试验测得结合料的最大干密度ρ1和集料的相对密度γ,把已确定的结合料与集料的质量比换算为体积比V1∶V2,则可计算混合料的最大干密度。
石灰土、二灰稳定粒料的最佳含水量w0是结合料的最佳含水量w1和集料饱水裹覆含水量w2的加权值。饱水裹覆含水量是指把集料浸水饱和后取出,不擦去表面裹覆水时的含水量。除吸水率特大的集料外,此值对于砾石可以取3%,碎石可取4%。
1.2.2水泥稳定粒料
此类材料的最大干密度ρ0与集料的最大干密度ρG和水泥硬化后的水泥质量有关。水泥加水拌匀后,在105℃烘箱中烘干,称试验前水泥质量和烘干后硬化的水泥质量,即可求得水泥水化的水增量。因水泥中含有水化水,故用烘箱法不能正确测出水泥稳定粒料的最佳含水量。根据对比试验,水泥稳定粒料的最佳含水量w0,由水泥的水化水、集料的饱水裹覆含水量和拌和水泥所需要的水(水灰比为0.5)三者组成。
1.3沥青混合料标准密度确定方法
沥青混合料标准密度,以沥青拌和厂取样试验的马歇尔密度或者试验段密度为准。具体方法有:水中重法,适用于密实的Ⅰ型沥青混凝土试件,不适用于采用了吸水性大的集料的沥青混合料试件;表干法,适用于表面较粗,但较密实的Ⅰ型或Ⅱ型沥青混凝土试件,不适用于吸水率大于2%的沥青混合料试件;蜡封法,适用于吸水率大于2%的Ⅰ型或Ⅱ型沥青混凝土试件以及沥青碎石混合料试件,不能用水中重法或表干法测密度时,应用蜡封法测定;体积法,本法适用于空隙率较大的沥青碎石混合料,及大空隙透水性开级配沥青混合料试件。在进行密度试验时,应根据混合料本身的特点,适当选择试验方法。
2现场密度试验检测方法
目前,较为常用的现场压实度的测量方法有环刀法、灌砂法、核子密度仪法等。
2.1环刀法
该法主要使用于测定不含骨料的粘性土密度。仪器设备有:环刀(内径6 cm～8 cm,高2 cm～3 cm,壁厚1.5 mm～2 mm)、天平(感量0.1g)、修土刀、钢丝锯、凡士林等。试验方法如下:
(1)预先在环刀内壁涂一层凡士林,在设定检测位置将环刀的刀口向下放在土体上。
(2)通过修土刀或钢丝锯,将土样削成略大于环刀直径的土样,然后将环刀垂直加压,至土样伸出环刀上部为止;削去两端余土,使之与环刀口面齐平,并用剩余土样测定含水量。
(3)擦净环刀外壁,称量其质量,准确至0.1g。
(4)结果整理:计算出土样的干密度,进而获得压实系数K。
2.2灌砂法
实行灌砂法,应当符合条件:当集料的最大粒径小于15mm、测定层的厚度不超过150 mm时,宜采用Φ100 mm的小型灌砂筒测试;当集料的粒径等于或大于15 mm,但不大于40 mm,测定层的厚度超过150 mm,但不超过200 mm时,应用Φ150 mm的大型灌砂筒测试。所需仪器设备有:灌砂筒(内径100 mm、总高360 mm)、金属标定罐、基板、台秤(称量10 kg～15 kg,感量5 g)、量砂(粒径0.25 mm～0.50 mm、重量20 kg～40 kg)、必要的挖取土设备。试验方法如下:
(1)对某一标段进行试验检验时,应对所使用的量砂密度进行标定。
(2)在压实系数检测点,选40 cm×40 cm的平坦地面,并将基板水平的置于检测点上。
(3)沿基板的中孔凿直径100 mm的试洞,试洞深度等于碾压层厚度,并将凿出的土料全部放入已知质量的塑料袋中,并获得试样的质量。
(4)在取出的试样中取出具有代表性的土样进行含水量试验。
(5)将罐砂筒安装在基板上,使罐砂筒的下口对准基板的中孔及试洞,打开罐砂筒开关,让量砂注入试洞,通过称量罐砂筒中砂的重量变化来获得注入试洞的量砂重量,进而获得试洞的体积。
(6)试验完毕取出试洞中的量砂,以备下次使用;若量砂的湿度发生明显变化或混有杂质,则需重新烘干、过筛。
(7)结果整理:计算出土样的干密度,进而获得压实系数K。
2.3核子湿度密度仪法
本方法用于测定沥青混合料面层的压实密度时,在表面用散射法测定,所测定沥青面层的层厚应不大于根据仪器性能决定的最大厚度。用于测定土基或基层材料的压实密度及含水量时打洞后用直接透射法测定,测定层的厚度不宜大于20 cm。所需仪器设备有:核子密度湿度仪、细砂(0.15 mm～0.3 mm)、天平或台称、毛刷等。试验方法及注意事项如下:
(1)确定位置,预热仪器。按照随机取样的方法确定测试位置,但与距路面边缘或其它物体的最小距离不得小于30cm。核子仪距其他射线源不得少于10 m。按照规定的时间,预热仪器。如用散射法测定时,应将核子仪平稳地置于测试位置上;如用直接透射法测定时,将放射源棒放下插入已预先打好的孔内。
(2)打开仪器,读取数据。打开仪器,测试员退出仪器2m以外,按照选定的测定时间进行测量,到达测定时间后,读取显示的各项数值,并迅速关机。
(3)使用安全注意事项:①仪器工作时,所有人员均应退到距仪器2m以外的地方;②仪器不使用时,应将手柄置于安全位置,仪器应装入专用的仪器箱内,放置在符合核幅射安全规定的地方;③仪器应由经有关部门审查合格的专人保管,专人使用。
路基、路面压实质量是道路治理最重要的指标之一,为保证路基、路面的强度,必须对路基路面结构层进行充分压实。对沥青道路来说,通过对路基土、路面基层材料最大干密度、最佳含水量及沥青混合料标准密度的测定,根据道路特点实际需要,灵活运用环刀法、灌砂法、核子湿度密度仪法进行现场密度检测,获得准确的检测数据,准确评价道路路基压实度的质量,确保道路使用安全。
参考文献
1 吴亚慧、张宏斌.高速公路路基的质量检测[J].山西建筑,2007(12)
2 金锡兰、李 金.浅谈路基压实度的质量检测技术[J].安徽建筑,2001(5)
3 宫旭东.浅谈路基压实度的检测方法[J].黑龙江科技信息,2007(12)
4 《土工试验方法标准》(GN/T 50123-1999)
A brief Talk on Highway Subgrade Compactness Detection Method
Li Bin
Abstract:subgrade compactness means the ratio of site actual dry density and max dry density in the experiment. For asphalt pavement, compactness means the ratio of site actual density and indoor standard density. In this article, introducing subgrade max dry density and optimum water content, it introduces site density experiment methods(including cutting ring method, sand replacement method, applicable condition)instrumentand procedures.
Key words:subgrade; compactness; detection