宕渣路基压实质量检测方法研究Word文件下载.docx
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【中图分类】工业技术
88公路与汽运Highways&
AutomotiveApplications第6期2008年11月宕渣路基压实质量检测方法研究周进华1，黄金荣1，徐永福2（
1．泰州市公路管理处，江苏泰州225300;
2．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240）摘要：
宕渣是最大粒径小于150mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于30%的土石混合料或建筑渣土，经常被用作路基填料。
大颗粒的宕渣具有不均匀性，且最大干密度无法用常规击实试验测定，现场检测宕渣路基压实状态比较难。
文中提供了3种检测宕渣路基压实质量的方法，即固体体积率法、剪切波速法和机械导纳主频法；
提出了测量宕渣最大干密度的简单方法，用于确定宕渣路基压实度；
说明了用孔隙率表示宕渣路基压实质量更具优越性。
关键词：
公路；
宕渣；
压实度；
路基；
最大干密度中图分类号：
U416.1文献标识码：
A之章编号：
1671-2668（2008）06-0088-04宕渣原意为开采石料及残余之石渣废料，工程上定义为经开采并符合路基填筑要求的自然土石混合材料。
用于路堤填筑的宕渣的最大颗粒粒径小于150mm，粒径大于40mm的颗粒含量大于30%。
随着我国公路里程向山区延伸，由路堑和隧道挖方形成的粗集料填筑路堤是必须面对的选择。
在平原地区，也遇到取土困难的问题，建筑渣土、废弃路面及其底层宕渣用于路堤填筑也不失为明智的选择。
粗粒宕渣填筑路堤时，必须明确压实质量的检测与控制指标。
目前，填方路堤压实质量的现场控制基本上都是采用压实度。
细粒土的干密度测定通常采用环刀法或筒径<
100mm和筒径<
150mm的灌砂法；
对于粗粒宕渣填筑路堤，由于填料颗粒粗，为保证干密度测试精度，往往需要尺寸较大的试坑《300mm大直径筒径的灌砂和灌水法），开挖土料多，费工费时，现场干密度的测定精度受粗颗粒的影响。
更为重要的是粗颗粒宕渣的最大干密度很难用重型击实试验测定。
因此，对于粗粒宕渣填筑路堤压实质量的控制，多采取碾压工艺及碾压沉降量等间接措施。
在没有确定碾压工艺及碾压沉降量与压实质量的相关关系的情况下，采用间接措施控制宕渣路堤压实质量还是不太可靠的。
基于这样的原因，类似于压实度的固体体积率被用来表示宕渣路堤压实质量。
现场测量宕渣路堤干密度的方法很多，除了灌砂和灌水法外，还可以采用剪切波速法和机械导纳主频法。
本文分析固体体积率法表示宕渣路堤压实质量的不足和采用压实度表示宕渣路堤压实质量的可行性，提供两种测量宕渣路堤干密度的无损检测方法，即剪切波速法和机械导纳主频法，并分析用孑L隙率衡量宕渣路堤压实质量的优点。
1固体体积率法填土路基采用土的标准击实试验得到的压实度作为控制路基压实度的标准，在宕渣路堤采用综合毛体积密度及颗粒筛分结果控制路基压实质量。
综合毛体积密度即材料混合密度，由筛分试验（T0302-2000）和密度试验联合测定。
先由筛分试验将宕渣颗粒分为以下6个级别：
<
5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm、40～60mm、>
60mm；
对于5mm筛孔以下成分选用比重瓶法来测定（T0112—93），对于5mm以上的成分选用网篮法（T0304-2000）或容量瓶法来测定（T0328—2000）。
固体体积率是表征宕渣路堤压实度的指标，是宕渣路堤的干密度与综合毛体积密度之比。
固体体积率VK由浮称法（T0113-93）中计算土料平均比重的公式得到，具体计算方法为：
VK一丛×
100%8式中：
Pd是土样干密度；
ID．是宕渣综合毛体积密度，100/p。
一Pl/Pbl+P2/tOb2+P3/Pb3+P4/（Ob4+P5/Pb5+P6/Pb6；
Pl～P5分别是粒径大于60mm、40～60mm、20～40mm、10～20mm、5～10mm材料占总重的百分率（%）；
tObl～lOb5分别是粒径大于60mm、40～60mm、20～40mm、10～20mm、5～10mm材料的毛体积密度（g/cm3）；
P6、Pb6分别是粒径小于5颗粒占总重的百分率（%）和密度（g/cm3）。
以宁靖盐（南京～靖江一盐城）高速公路盐城北公路与汽运Highways&
Automotive第6期2008年11月1黄金荣徐永福2（1泰州市公路管理处，江苏泰州摘要：
宕渣是最大粒径小于150mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于30%的土石混合料或建筑渣土，经常被用作路基填料。
大颗粒的宕渣具有不均匀性，且最大干密度无法用常规击实试验测定，现场检测宕渣路基压实状态比较难。
文中提供了3种检测宕渣路基压实质量的方法，即宕渣原意为开采石料及残余之石渣废料，工程上定义为经开采并符合路基填筑要求的自然土石混合材料。
用于路堤填筑的宕渣的最大颗粒粒径小于150，粒径大于40mm的颗粒含量大于30%。
随着我国公路里程向山区延伸，由路堑和隧道挖方形成的粗集料填筑路堤是必须面对的选择。
在平原地区，也遇到取土困难的问题，建筑渣土、废弃路面及其底层宕渣用于路堤填筑也不失为明智的选择。
粗粒宕渣填筑路堤时，必须明确压实质量的检测与控制指标。
目前，填方路堤压实质量的现场控制基本上都是采用压实度。
细粒土的干密度测定通常采用环刀法或筒径<
对于粗粒宕渣填筑路堤，由于填料颗粒粗，为保证干密度测试精度，往往需要尺寸较大的试坑《300mm大直径筒径的灌砂和灌水法），开挖土料多，费工费时，现场干密度的测定精度受粗颗粒的影响。
更为重要的是粗颗粒宕渣的最大干密度很难用重型击实试验测定。
因此，对于粗粒宕渣填筑路堤压实质量的控制，多采取碾压工艺及碾压沉降量等间接措施。
在没有确定碾压工艺及碾压沉降量与压实质量的相关关系的情况下，采用间接措施控制宕渣路堤压实质量还是不太可靠的。
基于这样的原因，类似于压实度的固体体积率被用来表示宕渣路堤压实质量。
现场测量宕渣路堤干密度的方法很多，除了灌砂和灌水法外，还可以采用剪切波速法和机械导纳主频法。
本文分析固体体积率法表示宕渣路堤压实质量的不足和采用压实度表示宕渣路堤压实质量的可行性填土路基采用土的标准击实试验得到的压实度作为控制路基压实度的标准，在宕渣路堤采用综合毛体积密度及颗粒筛分结果控制路基压实质量。
综合毛体积密度即材料混合密度，由筛分试验（T0302-2000）和密度试验联合测定。
先由筛分试验将宕渣颗粒分为以下6个级别：
5mm、5～10mm、10～20、20～4040～60>
60；
对于5mm筛孔以下成分选用比重瓶法来测定（T0112—93），对于5mm以上的成分选用网篮法（T0304-2000）或容量瓶法来测定（T0328—2000）。
固体体积率是表征宕渣路堤压实度的指标，是宕渣路堤的干密度与综合毛体积密度之比。
固体体积率VK由浮称法（T0113-93）中计算土料平均比VK一丛×
100%8式中：
一Pl/Pbl+P2/tOb2+P3/Pb3+P4/（Ob4+P5/Pb5+P6/Pb6；
Pl～P5分别是粒径大于60mm、40～60105～材料占总重的百分率（%）；
tObl～分别是粒径大于60mm、～20材料的毛体积密度（g/cm3）；
以宁靖盐（南京～靖江一盐城）高速公路盐城北总第129期公路与汽运Highways＆AutomotiveApplications89段填筑路堤的宕渣为例，随着粒径大小不同，宕渣综合毛体积密度也不相同（见图1），因此，宕渣颗粒组成的不同直接影响了宕渣综合毛体积密度和固体体积率。
固体体积率和压实度一样受宕渣颗粒粒径不均匀性的影响较明显，反映宕渣路基压实质量的整体性状比较差。
pgo3、：
q毯镪氍蛙忡《Ⅱ婚颗粒粒径/mm图l宕渣的综合毛体积密度文献[2]、[3]给出了用固体体积率宕渣路堤压实质量的控制指标，VK一85%，对应的压实度为95%。
固体体积率与压实度之间的差别在于是采用综合毛体积密度还是采用最大干密度，综合毛体积密度应该是比重Gs的线性函数，击实试验中的最大干密度Pdm。
。
与比重G。
之间存在以下关系：
出坐一』L队l+e
（2）式中：
P是孔隙比，与宕渣颗粒组成有关；
p。
是水的密度。
严格意义上讲，固体体积率与压实度之间没有定量的关系，采用固体体积率衡量宕渣压实质量也只是一种经验方法，还有值得商榷的地方。
2剪切波速法用灌砂和灌水法测量得到的宕渣干密度的离散比较明显，个别地方的压实度大于100%，这是由于宕渣本身的不均匀性引起的，只有改进干密度的测量方法才能消除于密度测量结果的离散性。
剪切波速度是评价场地土动力特性的一个重要指标，与土体的密度和有效应力有关，剪切波速度的大小反映了填土的压实效果。
有关研究结果表明，剪切波速和干密度之间具有良好的线性相关性，检测结果相关性一般在90%以上，检测误差<
2%。
剪切波速度V。
与瑞利波速度VR的关系为：
l+fLVs=万万石1石VR（3）式中：
VR为表面波速度；
且为泊松比。
瑞利波速度测量装置主要由控制检测装置、发射激振器、接收传感器组成。
振源发射的表面波信号被两个间距为z的传感器接收，传感器接收信号的相位差为Acp，波在两个传感器间传播所需时间At为Acp/（360厂），与频率厂相应的瑞利波速度为：
VR=360fr/Acp（4）宕渣干密度与剪切波速之间的相关关系如图2所示，干密度与剪切波速之间的相关关系可表示为：
Pd=0.5V0.31（5）暑ho一、q髓龆H-剪切波速y．/（m-s-l）图2宕渣的剪切波速与干密度的相关关系3机械导纳主频法宕渣路基的干密度还可以采用机械导纳主频法测量。
宕渣路基动力主频和干密度之间的关系提供了定量检测宕渣路基压实质量的方法和控制指标。
某频率下的振动速度导纳定义为振动速度与激振力的幅值之比，其倒数称为速度阻抗。
利用块体竖向振动速度导纳曲线（由此可以确定共振频率）可以获得较全面地反映宕渣路基一地基土系统特性的信息，这种方法称为机械导纳法的动测技术。
在现场测试时，先类似于静载试验，在路基上放置一刚性载荷板或块体，然后通过竖向的稳态扫频激振或瞬态敲击，采集和记录激振和块体表面某点的振动速度信号，经过信号处理获得该处块体的竖向振动机械导纳幅频（M。
～厂）和相频（p，～厂）关系曲线。
根据线性振动理论，M。
-V（厂）/F（f），只与系统的物理力学特性有关而不受激振力的影响。
可由其低频幅值估算出系统的静刚度，由幅频曲线的峰点和相频曲线的零点来确定系统的共振频率，综合评判宕渣路基的压实性状。
机械导纳主频测试分为稳态振动测试和瞬态振动测试。
稳态振动测试中，电磁式激振器由半刚性悬挂系统安装在测点正中，在悬挂底座上安装压电力传感器。
通过调节功率放大器的信号放大幅度，Highways＆Automotive段填筑路堤的宕渣为例，随着粒径大小不同，宕渣综合毛体积密度也不相同（见图1），因此，宕渣颗粒组成的不同直接影响了宕渣综合毛体积密度和固体体积率。
固体体积率和压实度一样受宕渣颗粒粒径不均匀性的影响较明显，反映宕渣路基压实质量的整体性状比较差。
pgo、：
q毯镪氍蛙忡《Ⅱ婚颗粒粒径/mm图l宕渣的综合毛体积密度文献[2]、[3]给出了用固体体积率宕渣路堤压实质量的控制指标，VK一85%，对应的压实度为95%固体体积率与压实度之间的差别在于是采用综合毛体积密度还是采用最大干密度，综合毛体积密度应该是比重Gs的线性函数，击实试验中的最大干密度Pdm。
出坐一』L队l+e
（2）严格意义上讲，固体体积率与压实度之间没有定量的关系，采用固体体积率衡量宕渣压实质量也只是一种经验方法，还有值得商榷的地方。
比较明显，个别地方的压实度大于100%，这是由于宕渣本身的不均匀性引起的，只有改进干密度的测量方法才能消除于密度测量结果的离散性。
剪切波速度是评价场地土动力特性的一个重要指标，与土体的密度和有效应力有关，剪切波速度的大小反映了填土的压实效果。
有关研究结果表明，剪切波速和干密度之间具有良好的线性相关性，检测结果相关性一般在90%以上，检测误差<
剪切波速度V。
l+fLVs=万万石1石VR（3）瑞利波速度测量装置主要由控制检测装置、发射激振器、接收传感器组成。
振源发射的表面波信号被两个间距为z的传感器接收，传感器接收信号的相位差为Acp，波在两个传感器间传播所需时间AtVR=360fr/Acp（4）宕渣干密度与剪切波速之间的相关关系如图2所示，干密度与剪切波速之间的相关关系可表示为：
Pd=0.5V0.31（5）暑ho一髓龆H-s-l）宕渣的剪切波速与干密度的相关关系宕渣路基动力主频和干密度之间的关系提供了定量检测宕渣路基压实质量的方法和控制指标。
某频率下的振动速度导纳定义为振动速度与激振力的幅值之比，其倒数称为速度阻抗。
利用块体竖向振动速度导纳曲线（由此可以确定共振频率）可以获得较全面地反映宕渣路基一地基土系统特性的信息，这种方法称为机械导纳法的动测技术。
在现场测试时，先类似于静载试验，在路基上放置一刚性载荷板或块体，然后通过竖向的稳态扫频激振或瞬态敲击，采集和记录激振和块体表面某点的振动速度信号，经过信号处理获得该处块体的竖向振动机械导纳幅频（M。
根据线性振动理论，M。
-V（厂）/F（f），只与系统的物理力学特性有关而不受激振力的影响。
可由其低频幅值估算出系统的静刚度，由幅频曲线的峰点和相频曲线的零点来确定系统的共振频率，综合评判宕渣路基的压实性状。
机械导纳主频测试分为稳态振动测试和瞬态振动测试。
稳态振动测试中，电磁式激振器由半刚性悬挂系统安装在测点正中，在悬挂底座上安装压电力传感器。
通过调节功率放大器的信号放大幅度，90公路与汽运Highways&
Automotive第6期2008控制激振力的大小。
响应信号通过加速度传感器经由电荷放大器送人电脑。
由事先设定好的程序经过变换、滤波、计算等过程，得出速度相应信号。
因激振力在频率变化时保持恒定，则速度响应可表示为导纳。
瞬态激振测试与稳态激振类似，只是激振设备更为简化，可采用尼龙锤直接激振。
试验中的块体采用边长为0.6m、质量为300kg的方形钢板，下铺厚度约10cm的细砂垫层。
宁靖盐高速公路盐城北宕渣瞬态激振方式测量竖向振动速度导纳幅频曲线如图3所示。
根据基础振动船析理论，主频，。
与基础剪切模量G的平方根成正比（即／。
ccGI/2），G=lDⅥ，lD是宕渣的干密度，现场用灌砂法测量。
当路基材料的剪切波速一定时，，。
与Pd胆成正比：
厂。
=aV.P5／2（6）式中：
a为待定参数，与路基材料本身的特性有关。
1-}曝频率／Hz图3宕渣瞬态激振幅频曲线宁靖盐高速公路盐城北宕渣层主频与其干密度之间的关系见图4。
从图4可知，宕渣路堤振动主频与干密度成正相关关系，公式为fn一0.0164pliz，由机械导纳主频测试方法能较快地测出宕渣路基的干密度，由此可评判宕渣路基的压实特性。
一I一o∞■C0振动主频f，Hz图4振动主频与压实宕渣干密度的关系4宕渣路堤压实质量的衡量指标4.1压实度用压实度衡量宕渣路堤的压实质量是工程界最容易接受的，但需要解决最大干密度的测定难题。
Prochaska和Drnevich用单点振动击实锤试验和振动台试验分别测量粒状土的最大干密度。
试料的颗粒分布如图5所示，颗粒的最大粒径是通过48筛孔（4.76mm）。
逞衄{钿梨刊S翅韬磔H’七粒~/mm图5试料的颗粒分布单点振动击实锤试验曲线如图6所示。
图6中，细粒土的最大粒径为0.074mm。
妣。
是由烘干试料的最大干密度计算出来的含水量，硼。
，=（yd/y。
，-l/Gs）×
100%；
yov是由单点振动击实锤试验得到的烘干试料的最大干密度；
G是比重。
从图6可看出，烘干试料击实试验得到的干密度就是最大干密度，在含水量为0.9wo。
左右时，试料的击实干密度基本达到最大值，试料含水量对粒状试料的击实试验结果有影响。
毒罡w/w{~图6单点振动击实锤试验结果将单点振动击实锤试验和振动台试验得到的最大干密度进行比较（如图7所示），两种试验得到的S雨f鍪主擅e熏j塔振动台试验得到的ydu:
a:
/（kN.rrl-3）图7最大干密度的比较控制激振力的大小。
响应信号通过加速度传感器经由电荷放大器送人电脑。
由事先设定好的程序经过变换、滤波、计算等过程，得出速度相应信号。
因激振力在频率变化时保持恒定，则速度响应可表示为导纳。
瞬态激振测试与稳态激振类似，只是激振设备更为简化，可采用尼龙锤直接激振。
试验中的块体采用边长为0.6m、质量为300kg的方形钢板，下铺厚度约10cm的细砂垫层。
向振动速度导纳幅频曲线如图3所示。
根据基础振动船析理论，主频，。
与基础剪切模量G的平方根成正比（即／。
ccGI/2），G=lDⅥ，lD是宕渣的干密度胆成正比：
厂=aV.P5／（6）1-}曝3宕渣瞬态激振幅频曲线宁靖盐高速公路盐城北宕渣层主频与其干密度之间的关系见图4。
从图4可知，宕渣路堤振动主频与干密度成正相关关系，公式为fn一0.0164pliz，由机械导纳主频测试方法能较快地测出宕渣路基的干密度，由此可评判宕渣路基的压实特性。
I∞■C04振动主频与压实宕渣干密度的关系4.1压实度用压实度衡量宕渣路堤的压实质量是工程界最和Drnevich用单点振动击实锤试验和振动台试验分别测量粒状土的最大干密度。
试料的颗粒分布如图5所示，颗粒的最大粒径是通过48筛孔（4.76mm）。
逞衄{钿梨刊S翅韬磔H’七试料的颗粒分布单点振动击实锤试验曲线如图6所示。
图6中，细粒土的最大粒径为0.074mm。
是由烘干试料的最大干密度计算出来的含水量，硼。
，-l/Gs）×
yov是由单点振动击实锤试验得到的烘干试料的最大干密度；
从
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