動力錐貫入儀 DCP 在路基工程中的應(yīng)用研究
通過現(xiàn)場 大量的動力錐貫入儀 （DCP） 試驗和數(shù)據(jù)分析，對 DCP 在路基拼接中的應(yīng)用進行了研究，研究結(jié)果對于老路邊坡 削坡厚度、開挖臺階尺寸的確定、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；動力錐貫入儀；路基臺階；承載能力；壓實度
1 前言
近年來由于交通量的快速增長，國內(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建的高速公 路。本文以滬寧高速公路擴建工程為依托，研究和探討 動力錐貫入儀 （DCP） 在路基拼接中的應(yīng)用。與新建高速公路相比，高速公路擴建工程中路基拼 接設(shè)計與施工有其特殊性和技術(shù)難點。主要體現(xiàn)在： （1） 老路邊坡防護拆除后，在老路邊坡一定深度內(nèi)的表 層土壓實度不足、含水量大、松散等，需要在邊坡一定 深度范圍內(nèi)進行清表處理。如何快速確定老路邊坡合理 的削坡厚度是擴建面臨的問題之一； （2） 老路拼接中， 開挖臺階的設(shè)計關(guān)鍵是臺階高度與寬度的確定。如何根 據(jù)現(xiàn)狀與需要，綜合確定臺階設(shè)計方案是一個難題； （3） 擴建工程不中斷交通，需要盡可能提高施工效率， 以縮短工期，將施工對交通營運的影響降至低。在工 期緊、質(zhì)量要求高的情況下，如何快速檢驗路基拼接部 位的壓實質(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，施工時銑刨和打開老路硬路肩后 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，需要進行老路硬路肩下 的軟弱路床加固。現(xiàn)場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。為解決以上問題，利用動力錐貫入儀 （DCP） 的優(yōu)點，在滬寧高速擴建工程中進行了大量的現(xiàn)場 DCP 試驗和對比檢測，對其在高速公路路基拼接設(shè)計及檢測方面的應(yīng)用進行了實踐和探索，試驗成果可對路基拼接的設(shè)計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
動力錐貫入儀 （DCP） 屬小型輕便地基土原位測試 的觸探儀，其錘重 8kg 和 4.6kg，落距 575mm，貫入桿 長 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。 這種原位測試的 DCP 貫入儀在國外已經(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、無側(cè)限 抗壓強度建立了關(guān)系式，在南非已將貫入值作為路面設(shè)
計的參數(shù)[1]。通過標(biāo)準(zhǔn)貫入，動力錐貫入儀 （DCP） 可用于判定路基、白灰土底基層或無粘結(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，評價指標(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)點是快速、簡便、不受場地限制，適合于施工現(xiàn)場測試或老路路基承載力評價。
2.2 DCP 分析方法由于動力錐貫入儀在國內(nèi)應(yīng)用較少，因而目前國內(nèi)尚沒有相關(guān)的分析方法，根據(jù)美國 AASHTO 的規(guī)定，DCP 測試結(jié)果與 CBR 之間存在如下的關(guān)系[2]
式中，PR 為 DCP 測試的貫入率，mm/錘擊次；CBR 為加州承載比，%。因此，通過現(xiàn)場測試時記錄 DCP 的貫入率，即可快速計算土基 CBR，初步評價路基各層承載能力。
2.3 DCP 測試步驟DCP 現(xiàn)場測試需要人員 2～3 名。測試步驟如下： （1） 測試人員在現(xiàn)場選定試驗地點，如在臺階頂面處。
（2） 將圓錐頭連接到安裝好的動力錐貫入儀桿上；將圓錐頭對準(zhǔn)要檢測的土表面，同時確保貫入桿豎直。
（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 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)到或稍超過需判斷承載能力層層厚） 后，取出貫入桿，結(jié)束測試。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)面進行了 DCP 試驗，試驗結(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，故需要清除邊坡表層 20cm 范圍的填
土；同時考 慮 到 部 分 路 段 邊 坡 防 護 圬 工 厚 度 通 常 為25cm，因此清表厚度建議為 30cm。
（2） 測試段落內(nèi)老路邊坡 60cm 內(nèi) （含表土） 總平均 CBR 值達(dá)到 12.19，許多測點僅貫入 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，清表后開挖臺階即可。
4 DCP 方法確定臺階開挖高度
臺階開挖是目前高速公路擴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。為確定合理的臺階開挖高度，在保證清除壓實不足的填土前提下，大限度地利用老路基，試驗段進行了開挖不同高度臺階的 DCP 試驗。試驗段老路邊坡開挖三級臺階，臺階示意圖及 DCP 測試結(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，上部臺階 40cm 深度范 | | |
圍內(nèi) CBR 總平均值為 34.89，中部臺階 40cm 深度范圍 | | |
內(nèi) CBR 總平均值為 19.08，下部臺階 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 | | |
測點 CBR 值均大于 6.0。 | | |
（2） 由于老路基承載力較好，臺階開挖高度在 40～ | | |
60cm 均可滿足要求，開挖大臺階沒有必要。同時，考 | | |
慮到施工時挖掘機作業(yè)的便利，認(rèn)為臺階開挖高度在 | 后認(rèn)為主要原因在于兩個指標(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 快速測試路基拼接部位壓實質(zhì)量 | 關(guān)系應(yīng)當(dāng)是不同的。測試數(shù)據(jù)表明，當(dāng)壓實度增大時， | |
CBR 指標(biāo)也相應(yīng)增長，兩者之間的總體變化趨勢是一致 | |
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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 越大則對應(yīng)填土層的強度越高。 | |
基拼接部位的壓實質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)路基壓實的薄弱路段，加 | （2） DCP 貫入值與路基強度存在直接的正比關(guān)系， | |
強壓實質(zhì)量控制，是擴建施工的關(guān)鍵問題之一。 | 因而 DCP 可用于路基壓實質(zhì)量的現(xiàn)場快速評定，及時 | |
為分析路基 CBR 與路基壓實度之間的相關(guān)性，在 | 發(fā)現(xiàn)路基壓實后的相對薄弱路段，加強后續(xù)的補充碾 | |
試驗段及各路基施工標(biāo)段采用 DCP 對新填路基各層灰 | 壓，確保路基壓實質(zhì)量。通過 DCP 測試手段，可以提 | |
土壓實后的 CBR 值進行了測試，同時在 DCP 測點附近 | 高現(xiàn)場質(zhì)量檢測效率和施工效率。 | |
采用灌砂法進行現(xiàn)場灰土壓實度對比試驗。通過試驗數(shù) | 6 DCP 方法判別老路硬路肩下的軟弱路床 | |
據(jù)分析，對灰土層壓實度與灰土層 15cm 深度內(nèi)的 CBR | |
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平均值進行了相關(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行了 DCP 試驗，并通過現(xiàn)場 | |
平均值）。 | 承載板試驗進行了對比驗證。通過承載板測出每級荷載 | |
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)過計算求得路基回彈模 | |
（1） 總體趨勢表明，灰土壓實度越大，表層 15cm | 量。試驗結(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 及對應(yīng)點位承載板 | |
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點表層以下 0～40cm 范圍內(nèi) CBR 偏低，土層較松軟，表明這些測點對應(yīng)的 0～40cm 范圍內(nèi)土基強度相對較差，對應(yīng)點的
路基承載板試驗也驗證了這一結(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)€別測點表層以下 40～60cm 范圍內(nèi) CBR 偏低，表明個別測點對應(yīng)的 40～60cm
范圍內(nèi)土基強度相對較差。
（3） 硬路肩下的路床頂面 60cm 以下范圍 CBR 整體較高，表明 60cm 以下路基強度較好。
（4） 根據(jù)以上測試情況，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。
