路基施工檢測技術(shù)(1).ppt

1、a,1,路基施工檢測技術(shù),a,2,鐵路路基施工檢測,必要性： 一方面可以評(píng)價(jià)路基施工過程中或竣工后路基的質(zhì)量，檢驗(yàn)路基是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證路基是否具有足夠的強(qiáng)度能夠承受列車動(dòng)荷載的作用，同時(shí)又具備保證列車安全、舒適運(yùn)行的合理剛度； 另一方面，可以了解施工過程的質(zhì)量情況，控制施工進(jìn)度，促進(jìn)施工單位改進(jìn)施工工藝，加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，保質(zhì)保量地完成施工任務(wù),a,3,發(fā)展過程,檢測填土壓實(shí)質(zhì)量的儀器和方法隨著工業(yè)化的發(fā)展在不斷地發(fā)生著變化，總的趨勢是快速、準(zhǔn)確地滿足施工的需要。1930年，美國工程師Proctor通過試驗(yàn)提出，在相同的壓實(shí)功能下，同一種土的干密度隨土中含水量的不同而變化，應(yīng)用室內(nèi)擊實(shí)

2、試驗(yàn)設(shè)備和現(xiàn)場碾壓機(jī)械都可獲得最佳含水量Wopt和與之對(duì)應(yīng)的最大干密度dmax。Proctor還規(guī)定了室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的儀器規(guī)格和試驗(yàn)操作方法。自此，各國均以此壓實(shí)理論和試驗(yàn)方法指導(dǎo)施工，并以填料壓實(shí)系數(shù)的大小作為控制填土壓實(shí)效果的標(biāo)準(zhǔn)。早期的現(xiàn)場壓實(shí)質(zhì)量檢查，主要用環(huán)刀法、灌砂法和灌水法測定土的密度，用此指標(biāo)判斷壓實(shí)土的強(qiáng)度和變形特性,a,4,隨著交通運(yùn)輸量的增加，公路墊層石碴常在較大動(dòng)荷載作用下被壓入下覆的填土層中，造成公路路面損壞。為此，美國加利福尼亞公路局首先提出了加州承載比試驗(yàn)（簡稱為CBR試驗(yàn)），來預(yù)估壓實(shí)土抵抗石碴壓入的程度，以便選擇合適的填料類型和確定合理的壓實(shí)程度。許多國家在機(jī)場

3、跑道、鐵路路基等土工結(jié)構(gòu)物的施工中，也廣泛采用了CBR試驗(yàn)方法,a,5,在使用CBR試驗(yàn)方法過程中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，由于該方法的貫入頭直徑只有5 cm，貫入的深度只有2.5mm，不能較好地反映填料的壓實(shí)程度，于是將確定建筑物地基土承載力的荷載板試驗(yàn)方法運(yùn)用到填土壓實(shí)質(zhì)量的檢測中去，用荷載板試驗(yàn)確定的基床系數(shù)或變形模量的大小作為判斷填料壓實(shí)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。用荷載板試驗(yàn)檢測填土質(zhì)量，能反映4050cm深度范圍內(nèi)土的壓實(shí)程度。國內(nèi)外荷載板直徑多采用30 cm,a,6,傳統(tǒng)的環(huán)刀法、灌砂法、灌水法等測定填土密度的方法，需待烘干后才能確定土的含水量，從試驗(yàn)到得出結(jié)果需幾小時(shí)或更長的時(shí)間，這與高效能的機(jī)械施工

4、很不適應(yīng)，在工期任務(wù)急的情況下，無法完成規(guī)范中規(guī)定的質(zhì)量檢測試驗(yàn)項(xiàng)目。 用放射性同位素測定土的密度和含水量。鐵道部科學(xué)研究院于1980年首先購置了一套美國坎貝爾太平洋核子（CPN）公司生產(chǎn)的（MC2型）核子濕度密度儀。先后在天然地基土坑里對(duì)吹填黏性土及鐵路路基填土進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器使用簡便，測定迅速，所得結(jié)果與常規(guī)土工試驗(yàn)結(jié)果比較接近，適合于配合填土施工,a,7,靜態(tài)檢測,壓實(shí)系數(shù)K 環(huán)刀法 用于不含礫石顆粒的細(xì)粒土和無機(jī)結(jié)合料改良土。 灌水法 用于粒徑不大于60mm的粗粒料。 灌砂法和氣囊法（波義爾定律） 用于粒徑不大于20mm的粗粒料。 核子濕度密度儀 用于細(xì)粒土和砂類土

5、,a,8,環(huán)刀法破壞性量測方法 環(huán)刀法是測量現(xiàn)場密度的傳統(tǒng)方法。國內(nèi)習(xí)慣采用的環(huán)刀容積通常為200cm3，環(huán)刀高度通常約5cm。用環(huán)刀法測得的密度是環(huán)刀內(nèi)土樣所在深度范圍內(nèi)的平均密度。它不能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。由于碾壓土層的密度一般是從上到下減小的，若環(huán)刀取在碾壓層的上部，則得到的數(shù)值往往偏大；若環(huán)刀取在碾壓層的底部，則所得的數(shù)值將明顯偏小,a,9,就檢測路基土壓實(shí)質(zhì)量而言，我們需要的是整個(gè)碾壓層的平均壓實(shí)度，而不是碾壓層中某一部分的壓實(shí)度。因此，在用環(huán)刀法測定土的密度時(shí)，應(yīng)使所得密度能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。然而，這在實(shí)際檢測中是比較困難的，只有使環(huán)刀所取的土恰好是碾壓層中間的土，環(huán)

6、刀法所得的結(jié)果才可能與灌砂法的結(jié)果大致相同,a,10,灌砂法 灌砂法屬于對(duì)壓實(shí)土面的破壞性量測方法，是利用均勻顆粒的砂去置換試洞的體積。該方法用于砂、礫及碎石類土路基的檢測，也是當(dāng)前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列為現(xiàn)場測定密度的主要方法。缺點(diǎn)是：需要攜帶較多量的砂，而且稱量次數(shù)較多，因此它的測試速度較慢,a,11,試驗(yàn)中注意的問題 灌砂法是施工過程中最常用的試驗(yàn)方法之一。此方法表面上看起來較為簡單，但實(shí)際操作時(shí)常常不好掌握，并會(huì)引起較大誤差為使試驗(yàn)做得準(zhǔn)確，應(yīng)注意以下幾個(gè)環(huán)節(jié)： 1.量砂要規(guī)則。量砂如果重復(fù)使用，一定要注意晾干，處理一致，否則影響量砂的松方密度。 2.每換一次量砂，都必須測

7、定松方密度，漏斗中砂的數(shù)量也應(yīng)該每次重做。因此，量砂宜事先準(zhǔn)備較多數(shù)量。切勿到試驗(yàn)時(shí)臨時(shí)找砂，又不作試驗(yàn)，僅使用以前的數(shù)據(jù),a,12,3.地表面處理要平整，只要表面凸出一點(diǎn)(1mm)，使整個(gè)表面高出一薄層，其體積也算到試坑中去了，會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。因此，本方法一般宜先做前期試驗(yàn)，只有在非常光滑的情況下方可省去此操作步驟。 4.在挖坑時(shí)試坑周壁應(yīng)筆直，避免出現(xiàn)上大下小或上小下大的情形，這樣就會(huì)使檢測密度偏大或偏小。 5.灌砂時(shí)檢測厚度應(yīng)為整個(gè)碾壓層厚，不能只取上部或者只取下部碾壓層的填料,a,13,灌水法 灌水法屬于對(duì)壓實(shí)土面的破壞性量測方法，是利用水去置換試洞的體積。 氣囊法 氣囊法屬于對(duì)壓實(shí)土

8、面的破壞性量測方法，是利用氣囊式容積測定儀去計(jì)算試洞的體積。該方法適用范圍同灌砂法。 氣囊式容器測定儀依據(jù)物理學(xué)波義爾定律，即在一定溫度條件下，密閉容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)與氣體體積乘積為一常數(shù)的原理，用氣體（空氣）作壓力傳遞介質(zhì)，較國外用水作壓力傳遞介質(zhì)的水囊式容積測定儀在技術(shù)上有較大改進(jìn),a,14,1水位標(biāo)線；2排氣閥；3封蓋及手柄； 4活塞桿；5-水位管；6導(dǎo)向盤；7缸筒； 8球囊；9水溶液；10活塞；11隔柵； 12壓盤；13護(hù)坑環(huán)；14踏板；15氣囊； 16壓縮空氣；17數(shù)顯測尺,a,15,1 清掃場地，護(hù)坑環(huán)置于試坑位置。 2 儀器置于護(hù)坑環(huán)上，并用壓塊固定。 3 打開排氣閥，將測尺游標(biāo)推至

9、缸筒頂面，活塞提到缸筒頂端。 4 關(guān)上排氣閥，慢慢向下推動(dòng)活塞，直到水位管中溶液水柱升至水位標(biāo)線。讀取數(shù)顯測尺初始數(shù)顯數(shù)值（L1）并做記錄,a,16,5 提起活塞，使水柱退回零位，松開固定壓塊，移走儀器。 6 試坑開挖和試樣稱量。 7 儀器重新置于護(hù)坑環(huán)上并固定，將測尺游標(biāo)重新推至缸筒頂面，慢慢地向下推動(dòng)活塞，直到溶液水柱升至水位標(biāo)線，讀取數(shù)顯測尺終止數(shù)顯數(shù)值（L2）并做記錄。 8 當(dāng)坑壁與大氣溫差較大時(shí)，氣囊在坑內(nèi)停留時(shí)間不宜超過3 min,a,17,CBR值 在既有道路的使用中發(fā)現(xiàn)，在交通荷載作用下，公路墊層石碴有可能被壓入下覆的填土層中，從而使路基面損壞，因此，AASHTO首先提出了加州

10、承載比試驗(yàn)（CBR）。它是將規(guī)定尺寸（直徑5cm）的探頭貫入土中，在一定的貫入深度時(shí)，以其對(duì)應(yīng)的荷載程度和CBR基準(zhǔn)比較，來確定地基承載能力的相對(duì)值。對(duì)鐵路而言，由于現(xiàn)場CBR試驗(yàn)的探頭尺寸與道碴的尺寸相近且探頭貫入土中的過程與道碴在列車荷載作用下擠陷入基床表層的現(xiàn)象相似，因此，將CBR試驗(yàn)作為鐵路路基施工質(zhì)量的檢測手段是比較合理的，所以，日本等國曾使用CBR值檢測鐵路路基質(zhì)量,a,18,K30試驗(yàn) （K30 for coefficient of subgrade reaction test）：用直徑為30 cm的剛性承壓板，測定下沉量為1.25 mm時(shí)的地基系數(shù)的試驗(yàn)方法。 動(dòng)態(tài)變形模量 d

11、ynamic modulus of deformation：動(dòng)態(tài)變形模量是指土體在一定大小的豎向沖擊力FS和沖擊時(shí)間tS 作用下抵抗變形能力的參數(shù),a,19,荷載板試驗(yàn) 基床系數(shù)K30 基床系數(shù)K30是日本和我國在鐵路路基檢測中常用的方法，是采用單循環(huán)荷載試驗(yàn)。用單位面積壓力除以承壓板相應(yīng)的下沉量表示的（MPa/m），計(jì)算時(shí)選用的沉降量為0.125cm。以級(jí)配碎石或級(jí)配砂礫石的基床表層為前提的路堤結(jié)構(gòu)，列車荷載產(chǎn)生的道床壓力，通過基床表層結(jié)構(gòu)大致均勻地分布在路堤上部，作用范圍比以往采用土質(zhì)基床表層要大，從壓力的傳遞程度及路堤堤身承受壓力的情況看，采用直徑為30cm的承壓板試驗(yàn)確定路基填土的承載

12、力密實(shí)度與列車荷載實(shí)際傳遞狀況相接近，比以往的規(guī)定要合理,a,20,a,21,K30測試精度影響因素 被測土體表面狀態(tài)是影響K30測試精度的主要因素之一。為此，對(duì)于水分揮發(fā)快的均粒砂，表面結(jié)硬殼，軟化，或其它原因表層擾動(dòng)的土。必須下挖后試驗(yàn)，下挖深度限定在荷載板直徑D的范圍內(nèi)。對(duì)被測面的要求及為了保證荷載板與測試面的良好密貼接觸可采用的處理方法,a,22,被測土體含水率對(duì)測試結(jié)果也起主要影響作用。根據(jù)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，說明K30值與含水率之間存在著類似于壓實(shí)度與含水率之間的關(guān)系。K30最大值時(shí)的含水率要低于壓實(shí)度的最佳含水率，而且隨著含水率的增加K30值將急劇下降。因此，平板荷載試驗(yàn)宜在填料層壓實(shí)

13、后24h內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，主要是為了防止填層碾壓完成后，表層含水率的變化，而影響測試結(jié)果,a,23,對(duì)于級(jí)配礫石（碎石）填料，特別是礫石級(jí)配料施工現(xiàn)場為了易于壓實(shí)，而將其含水率調(diào)高，而且在碾壓過程中，由于表層始終是松散狀態(tài)，因此規(guī)定需待涼干后進(jìn)行測試。但需要涼干到什么程度才能測出該層的真實(shí)值，還需要通過測定其含水率加以確定，還有待研究。根據(jù)國外資料介紹，土體的含水率對(duì)其強(qiáng)度測定有極大的影響，因此，測定時(shí)土體的含水率變化范圍應(yīng)是在其使用期間所能保持的范圍,a,24,此次對(duì)K30平板載荷試驗(yàn)的有效深度未明確規(guī)定，但根據(jù)國內(nèi)外資料表明，試驗(yàn)載荷所涉及深度約為荷載板直徑的1.52倍，因此，在實(shí)際試驗(yàn)過程中應(yīng)

14、加以注意,a,25,對(duì)于試驗(yàn)終止的確定，日本規(guī)定試驗(yàn)下沉量應(yīng)該達(dá)到15mm為止，德國規(guī)定當(dāng)使用直徑762mm荷載板試驗(yàn)，下沉量應(yīng)達(dá)到13mm或荷載強(qiáng)度達(dá)到0.2MPa為止。我國亦規(guī)定試驗(yàn)下沉量應(yīng)達(dá)到15mm為止。但實(shí)際上，地基系數(shù)是直接按不同領(lǐng)域規(guī)定的下沉量基準(zhǔn)值（1.25mm）進(jìn)行計(jì)算。而且，正常情況試驗(yàn)的下沉量也不可能出現(xiàn)所規(guī)定的值，因此，此次規(guī)定“試驗(yàn)可以進(jìn)行至下沉量超出其領(lǐng)域內(nèi)規(guī)定的基準(zhǔn)值為止”。這在實(shí)用上不會(huì)有任何問題。 為了便于從儀表上讀取讀數(shù)，按照德國規(guī)定預(yù)加荷載強(qiáng)度為0.01MPa和每級(jí)荷載強(qiáng)度增量為0.04MPa,a,26,變形模量E 變形模量是西歐、北美等國已廣泛使用的鐵路

15、路基壓實(shí)檢測方法。在荷載板試驗(yàn)應(yīng)用過程中，常用的加載方式有單循環(huán)靜載和二次循環(huán)靜載。單循環(huán)靜載是按每級(jí)40kPa加載，當(dāng)每級(jí)加載完成后，每間隔一分鐘讀取百分表一次，直至兩次讀數(shù)符合沉降穩(wěn)定要求，才能轉(zhuǎn)到下一級(jí)荷載，直至試驗(yàn)最大荷載為止。二次循環(huán)靜載也是按每級(jí)40kPa加載，分級(jí)加載到最后一級(jí)荷載的沉降穩(wěn)定后，開始卸載，卸載梯度按最大荷載的0.5或0.25倍逐級(jí)進(jìn)行，全部荷載卸除后記錄其殘余變形，之后又開始另一加載循環(huán)。采用d=30cm的荷載板試驗(yàn)計(jì)算變形模量時(shí)，荷載一直加到沉降值達(dá)5mm或承壓板正應(yīng)力達(dá)到0.5MPa為止,a,27,變形系數(shù) Ev2 為了更有效地分析土的變形性質(zhì)和承載能力，西德

16、標(biāo)準(zhǔn)采用了二次循環(huán)靜載法，其結(jié)果采用變形系數(shù)Ev2表示,a,28,施工質(zhì)量的動(dòng)態(tài)檢測,無論是基床系數(shù)K30、變形模量E和變形系數(shù)Ev2都是通過施加靜荷載測得的，尚不能完全反映列車在動(dòng)荷載作用下對(duì)路基的真實(shí)作用情況。隨著高速鐵路的出現(xiàn)，在高速列車動(dòng)荷載作用下,路基表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)行為（產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形）。為保證列車的安全與正常運(yùn)行，必須對(duì)路基的動(dòng)變形加以控制，同時(shí)要全面反映路基的質(zhì)量和狀態(tài)。德國鐵路咨詢公司地基研究所首先提出了反映路基動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)動(dòng)態(tài)變形模量，并于1997年用于高速鐵路路基的壓實(shí)檢測。日本也正在進(jìn)行其研究，并準(zhǔn)備將其納入鐵路規(guī)范,a,29,動(dòng)態(tài)檢測原理 在被檢測的路基面上放置一塊一定直徑的承壓板，通過一落錘在一定高度處自由下落，落到一緩沖裝置后，再經(jīng)承壓板在填土面施加一沖擊動(dòng)荷載，使填土面產(chǎn)生沉陷。通過測試沖擊動(dòng)荷載的大小、板及板周圍一定范圍內(nèi)填土面的動(dòng)變形，利用專用的信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理軟件，來求算路基土層的動(dòng)模量。承載板的沉陷值越大，被測點(diǎn)的承載能力越小，動(dòng)模量也越小，反之，越大。因此，動(dòng)模量能反映該處的承載力,a,30,a,31,1.脫鉤裝置；2.落錘； 3.導(dǎo)向桿 4.阻尼裝置；5.荷載板；.6.沉陷測定儀,a,32,a,33,動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)是采用動(dòng)態(tài)平板載荷