填土密度检测仪检测路基压实度的研究与应用

丁峥时 卢 波 唐春刚 黄 俊

(1.江苏联合职业技术学院无锡交通分院，江苏 无锡 214151； 2.镇江市建科工程质量检测中心有限公司，江苏 镇江 212003)

0 引言

压实度是用来表示现场填土被压实后的密度情况，密度随压实度的增加而变大，密度越大材料整体性就越好。因而对路基压实度的检测尤为重要，现已成为路基施工质量控制的关键要素。当前，根据我国现行相关规范的规定，检测路基压实度的方法有三种：环刀法、灌水(砂)法和核子密度仪法。其中环刀法检测的是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，所测土层的密度受环刀壁和内径尺寸等因素的影响较大，此方法检测出来的数据不可代表碾压层整体的平均密度，只是被检测的局部密度，所以此方法一般适用于测定不含砾石的纯细土及无机结合料稳定细粒土的密度，对含有粒料的稳定土及松散性材料不适用；灌水(砂)法是目前市政、公路工程上最常用的检测方法，该方法操作起来很简单，但操作过程中需要称量的次数较多，误差率也会相应变大，主要适用于现场测定基层，砂石路面及不同材料在路基使用中的压实后的密度，不适用于对填石路堤等大空洞及大孔隙材料的压实度检测；核子密度仪法在检测中，受外界因素影响比较小，不受使用材料的颗粒大小、级配、匀称度以及物理形态、化学组成等方面影响，应用范围较广泛，但它是在灌砂法标定的基础上进行的，试验过程中所产生的辐射对人的身体有一定影响。因此，压实度如何能准确、快速地测定出来已成为了当前路基施工中首要问题。现结合无锡地区一些路基压实度检测的实际案例，收集到大量有效的试验数据，在这些数据的支撑下对填土密度检测仪快速测定土干密度的方法和计算公式进行了研究。

1 检测方法

1.1 土质分析

无锡以平原为主，低山、残丘为主的地形地貌，地处长江下游，中抱太湖。土质以黄黏土为主，液限在 28%～45%，塑性指数在15%～25%，最佳含水率为12.5%～16.5%，重型击实的最大干密度为1.80 g/cm3～1.95 g/cm3。

1.2 填土密度检测仪简介

“填土密度检测仪”简称“贯入仪”，在国际上叫“普氏贯入仪”，此仪器主要大面积检测填方碾压后的密实度和均匀性。如公路、市政、水利堤防、工民建筑等，它的特点是操作简单、轻便、灵活、快速，可随时跟踪碾压现场监测。其原理：通过仪器带有的标准锤敲击钻杆将高精度锥形探头插入土内，每一次的敲击，贯入仪内部测力传感器都能快速得到探头入土的速度、深度以及计算出贯入值。这些数据均可储存在记录器内并在完成试验之后可以传输到计算机上。高精度测力传感器及低功耗微电子技术,结合土的贯入度与土的干密度之间的相关关系：土的贯入度和含水量之间的关系以及土的含水量与密实度的关系，通过一定量的贯入与环刀法平行对比试验建立回归方程，测定出土的贯入阻力与干密度之间有实用价值的相关数据表。本次试验用的检测仪器是沈阳建科仪器所生产的WG-V1-1 000 N填土密度现场检测仪。

1.3 试验方案

根据文献记载无锡道路工程土路基的填料设计要求，现以小于4%灰土及素土为代表制定以下检测方案：

第一步，取土样带回实验室做标准击实试验，求出最大干密度，最佳含水量，以及标准击实后的贯入值(贯入方法如下)；第二步，填土层面按照规范碾压；第三步，从中挑选出测试点，一般以有代表性的土样为一检测点，表面先剔除10 cm，然后用环刀和填土密度贯入仪一同取样进行检测；第四步，按照规范要求进行取样并检测，使用环刀取土样，取3个土样为一组样品进行检测，每个土样上标好编号；第五步，再用填土密度贯入仪在环刀四周选择检测点，检测点定好后将直径7 mm钻头围绕环刀选取12个检测点，在贯入时，仪器贯入速度要保持均匀，贯入的深度要和环刀取样深度务必保持一致，最后读取贯入阻力值，并把数据记录下来，去除数据中的最大值和最小值，然后算出剩余数据的平均值；第六步，将环刀取出的土样带回实验室进行含水量试验(酒精燃烧法)；第七步，对土的干密度平均值进行计算，把计算结果填入记录表中。

2 工程现场应用

2.1 试验对比

1)通过广合路工程现场取出土样，进行标准击实法和填土密度检测仪法的对比试验，其比对结果如表1所示。

表1 素土、≤3%灰土填土密度检测仪的贯入值和击实数据的比对

2)在工程现场进行环刀法和填土密度检测仪法的对比试验，其比对结果见表2。

2.2 相关性分析

根据标准表1，表2数据关系，绘图得到干密度与贯入值对数关系散图见图1。

表2 环刀法和填土密度检测仪数据比对

图1中横坐标为土的干密度值，纵坐标为土的贯入值对数LgP。借助于EXCEL软件中散点图形，用最小二乘法的方法进行分析，得到干密度与贯入值的一元线性回归方程：ρ=0.417lgP+0.69，相关系数R=91.7%。

2.3 应用情况分析

1)通过击实试验，土在击实过程中，只有当含水率达到某一特定值时，土将被击实至最大干密度，含水率小于或大于这个值，干密度都小于此值。这个值称为最大干密度。而对应的含水率为最佳含水率。如图2所示，可以看出贯入试验对应含水率变化规律，贯入力基本随含水率增加而减小这一规律。

同时由图2看出：同一个干密度值对应有两个含水率值和相应贯入力值，这就说明用一个回归方程解决不了，但正因为有在最佳含水率只能对应有一个最大干密度值这一特性，为此就可以在先确定最大干密度和最佳含水率的同时，将贯入力值P确定下来，按此分成两段，可明显看出干密度值与含水率贯入力三者是单值对应的，对这种单因素间的关系便可回归分析来分别建立两个相应回归方程。

2)通过对数据的分析可以得出，对本方法影响最大的因素是含水率的大小。经过分析发现，贯入阻力值与检测数据基本吻合时，含水率在17%～25%，这时能准确反映出干密度，若含水率超出此范围则贯入阻力值与检测数据偏差较大。而无锡地区的现场施工用料含水率通常都在此范围内，所以不需要过度考虑含水率问题，此方法适用于工程施工现场对土层干密度的快速检测。

3)要正确使用检测仪，在使用仪器操作时要控制速率，应均匀、垂直地插入，以减少人为操作误差。

3 结语

通过填土密度检测仪在实际现场工程中的应用以及数据的分析可以总结出，填土密度检测仪在无锡地区的建设工程中进行应用，对路基回填土进行了测试，数据表明它与环刀法和灌砂法等常规方法有着相似的检测效果。此方法能快速解决施工过程中的抽检，有利于提高工程施工中的工作效率及工程质量，也能够及时反馈工程优劣，可以帮助施工单位随时随地进行工程自检，对于监理部门来说也能快速的发现施工现场的质量问题，及时反馈给施工单位进行整改。