一种填石路基压实度和空隙率检测方法

1.本发明属于填石路基压实控制领域，具体是一种填石路基压实度和空隙率检测方法。


背景技术：

2.公路工程中填石路基应用十分普遍，压实度是填石路基压实质量评价的关键技术指标，决定填石路基的强度、变形和稳定性。由于填石料的颗粒尺寸大、成型过程中石料破碎，级配波动范围很大，难以建立填石路基压实度及空隙率检测方法，目前填石路基的压实控制主要采用给定压路机吨位后的碾压遍数控制或成型后补压一至二遍的压实变形差控制，无法确定填石路基的压实度和空隙率，也无法评价填石路基的强度、变形和稳定性。
3.发明人根据质量守恒原理，从压实度的定义出发，推导了基于现场压缩率和最大压缩率的压实度计算公式，根据最大压缩率和现场压缩率，检测填石路基的压实度，根据压实度和最大成型密度检测压实密度和空隙率。本发明从填石路基压缩率检测入手，通过建立压实度与压缩率的关系，采用压缩率方法检测压实度；通过采用相似级配试样确定填石料的最大成型密度，利用压实度检测结果，确定填石路基的成型密度和空隙率，解决了填石路基室内标准成型密度试验和现场压实度检测的困难，为填石路基现场压实控制、压实度和空隙率检测提供标准方法与技术支持。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种填石路基压实度和空隙率检测方法。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种填石路基压实度和空隙率检测方法包括根据质量守恒原理，在实验室中采用相似级配填石料试样，从而根据试样测定最大压缩率的压实度计算公式，测定填石料的最大成型密度和最大压缩率，随后在填石路基压缩变形率现场检测现场采用压缩率检测方法，通过测定初压厚度和终压厚度，确定压缩率，根据压缩率测定值和最大压缩率，计算压实度，再根据压实度和最大成型密度，计算压实密度，最后由填石料的天然密度和压实密度，计算空隙率，实现填石路基压实度和空隙率的定量检测。
6.进一步，包括以下步骤：
7.步骤1，采用相似级配填石料试样，通过室内试验测定填石料的最大成型密度和最大压缩率；
8.步骤2，填石路基压缩变形率现场检测；
9.步骤3，填石路基压实度测定与评定；
10.步骤4，填石路基空隙率测定与评定。
11.进一步，所述步骤1中还包括以下分步骤：
12.1)填石料最大成型密度和最大压缩率试验采用相似级配的填石料，相似级配填充
特性及破碎特性相似；
13.2)填石料的最大成型密度由若干个不同骨架颗粒含量相似级配试样的成型试验测定，最大成型密度对应最佳骨架颗粒含量；
14.3)填石料的最大压缩率由若干个不同骨架颗粒含量相似级配试样的室内成型试验测定，最大压缩率为若干个不同骨架颗粒含量相似级配试样的最大压缩率，标准压缩率为最佳骨架颗粒含量对应的压缩率。
15.进一步，所述步骤2中包含以下分步骤：
16.1)填筑层开始铺筑前，在等测路基横断面两侧边缘处各打入1根钢棒并固定好，钢棒长度为1m，埋入路基深度不少于0.30m，外露高度不小于铺筑层松铺厚度，并且不小于0.50m，两侧外露钢棒长度大致相等；
17.2)在钢棒上适当位置用油漆划线，将测线绑在其中一侧钢棒划线位置上，测量厚度时将测线拉至另一侧钢棒位置，绕在钢棒划线位置上，然后沿拉线不同位置用钢尺测量拉线至路基面的高度；
18.3)填筑层铺筑前，测量拉线至下层路基面的高度h0，每个横断面测量不少于3点；铺筑填石料后，压实前在相同拉线高度和测点处测定拉线至松铺层顶面高度h1；静压1～2遍后，在相同拉线高度和测点位置测定拉线到初压后路基面高度h2；压实完成后，在相同拉线高度和测点位置测定拉线至压实成型路基面的高度h3。
19.4)填石路基路基松铺厚度和压缩变形率计算。
20.进一步，所述步骤3中包含以下分步骤：
21.1)现场压实度检测采用压缩率检测方法，采用测量方法检测填石路基的初压厚度和终压厚度，测定压缩率；
22.2)根据填石料的最大压缩率和现场压缩率测定值，按式(1)检测填石路基的压实度：
[0023][0024]
式中：k为压实度(％)；ε为实测压缩率(％)；ε
max
为最大压缩率(％)。
[0025]
进一步，所述步骤4中还包括以下分步骤：
[0026]
1)根据最大成型密度和压实度，按式(2)检测现场成型密度：
[0027]
ρ＝kρ
max
ꢀꢀ
(2)
[0028]
式中：ρ为填石路基的成型密度(kg/m3)；ρ
max
为填石料原最大成型密度(kg/m3)；k为压实度(％)；
[0029]
2)根据检测密度和天然密度，按式(3)填石路基的空隙率：
[0030]
n＝(1-ρ/ρ0)
×
100％
ꢀꢀ
(3)
[0031]
式中：n为填石路基的空隙率(％)；ρ为填石路基的成型密度(kg/m3)；ρ0为填石料的天然密度。
[0032]
采用上述方案后实现了以下有益效果：
[0033]
1、本发明采用相似级配填石料室内测定填石料的最大成型密度和最大压缩率，相似级配实现了填石料压实过程填充特性和破碎特性相似，能够覆盖现场填石料的级配和破碎特性变化对压实控制标准的影响范围，试验精度高、重现性好，试验材料用量少，劳动强
度低。
[0034]
2、本发明采用压缩率法测定填石路基压实度，压实度的定义与密度法的压实度定义完全相同，压实控制标准不需要修改，从而实现室内压缩率标准与现场压缩率检测方法的统一，采用最大压缩率计算压实度，得到填石路基压实度的下限值，避免压实度检测值超100％现象。
[0035]
3、本发明采用最大成型密度法检测填石路基的空隙率，空隙率的定义和控制要求与现行标准要求相同，不需要修改定义、方法与标准；现场成型密度由压实度下限值和最大成型密度检测，测得的空隙率是填石路基测点空隙率的最大值；空隙率检测大大减少现场检测的劳动强度，从而可以加大检测频率，提高检测结果的可靠性。
[0036]
4、利用相似级配填石料的成型密度-粗颗粒含量、压缩率-粗颗粒含量和破碎率-粗颗粒含量曲线，现场测定填石料骨架颗粒(石块)含量后，可以实现压实控制一测点一标准，更加精确测定填石路基的压实度和空隙率，评价填石路基的压实效果。
附图说明
[0037]
图1是本发明实施例中最大成型密度试验曲线。
[0038]
图2是本发明实施例中最大压缩率试验曲线。
[0039]
图3是本发明实施例中破碎率试验曲线。
[0040]
图4是本发明实施例中现场压实度检测示意图。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明实技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
实施例基本如附图1所示：一种填石路基压实度和空隙率检测方法能够方便快速和准确获取填石路基现场压实度和空隙率检测结果，提高压实控制的科学性和可靠性水平。一种实现形式的总体流程如下：填石料最大成型密度和最大压缩率测定；填石路基压缩变形率现场检测；填石路基压实度检测；填石路基空隙率检测；检测结果与评定。
[0043]
具体实施过程如下：
[0044]
一、填石料最大成型密度和最大压缩率测定
[0045]
本发明提出的一种填石路基压实度和空隙率检测方法，填石料最大臧型密度和最大压缩率测定包括：相似级配填石料最大成型密度测定；相似级配填石料最大压缩率测定。图1中成型密度是骨架颗粒含量的函数，反映填石料的填充特性和颗粒破碎特性，存在最佳粗颗粒含量，使成型密度最大。
[0046]
1、本发明相似级配填石料最大成型密度测定，可采用压力成型法或表面振动压实法测定：
[0047]
1)优选压力成型法测定。压力成型法的详细过程和步骤见发明人提出的一种填石料最大压缩率和最大成型密度试验方法；
[0048]
2)当不具备压力成型法条件时，可选用表面振动压实仪法，按《公路土工试验规
程》(jtg3430 t0133)的规定测定最大干密度。
[0049]
2、请参考图2本发明相似级配填石料最大压缩率测定，压缩率不仅与填充特性有关，还与颗粒破碎率有关，最大成型密度对应的压缩率不是最大压缩率，采用最大压缩率检测压实度，获得现场压实度的下限值，也可采用压力成型法或现场压实法测定：
[0050]
1)优选压力成型法测定。压力成型法的详细过程和步骤见发明人提出的一种填石料最大压缩率和最大成型密度试验方法；
[0051]
2)当不具备压力成型法条件时，可选用现场压实法，振动压路机钢轮直径为1600mm，轮宽2130mm，线静压力57.8n/mm，激振力374kn，激振时的最大线压力为175.6n/mm，静压1～2遍，振动压实5～6遍，以静压后的厚度为初始厚度，以振动压实后的厚度为压实厚度，测定振动压实后压缩变形与初始厚度的比值，用百分率表示压缩变形率，取相同填石料在试验工作面上的最大压缩变形率作为填石料的最大压缩变形率。
[0052]
二、填石路基压缩变形率现场检测
[0053]
本发明提出的填石路基压实度和空隙率检测方法，现场压缩变形率测定包括：下承层相对高度检测；松铺厚度检测；静压后初始厚度检测；振动压实成型后压实厚度检测。
[0054]
1、本发明填石路基压缩变形率现场检测，下承层相对高度采用拉线法检测：
[0055]
1)选用两根直径为20mm，长度为1m的钢筋，作为拉线桩；选用直径为1mm～2mm的圆形细钢丝或中等钢丝作为拉线绳；钢棒用油漆划线，作为钢棒打入深度和拉线位置的标记，钢棒打入路基深度不少于0.30m，打入深度及拉线位置标距不小于0.50m；
[0056]
2)下承层相对高度检测时，将钢棒打入下承层中，沿路基检测断面拉线，将拉线绕在两侧钢棒有拉线位置标记处，并通过人工张拉绕将拉线张紧，采用钢尺测定拉线至下承层顶面的高度h0。
[0057]
2、本发明填石路基压缩变形率现场检测，填筑层松铺厚度检测采用拉线法检测：
[0058]
1)将内侧拉线桩固定，铺筑填石料时将拉线桩上的一侧拉线拆除，便于路基填筑施工，铺筑填石料平整后，在相同位置拉线，检测拉线至松铺层顶面的高度h1；
[0059]
2)根据拉线至下承层顶面的高度h0和拉线至松铺层顶面的高度h1，计算铺松厚度，松铺厚度为h0＝h
0-h1。
[0060]
3、本发明填石路基压缩变形率现场检测，初压厚度检测采用拉线法检测，以初压厚度作为压缩变形率的计算的初始厚度：
[0061]
1)将拉线桩上的一侧拉线拆除，采用静线压力符合要求的振动压路机静压1～2遍，在相同位置拉线，检测拉线至铺筑层顶面的高度h2；
[0062]
2)根据拉线至下承层顶面的高度h0和拉线至静压后铺筑层顶面的高度h2，按式(a)计算初压厚度h＝h
0-h2。
[0063]
3、本发明填石路基压缩变形率现场检测，压实厚度检测采用拉线法检测，根据初压厚度和压实厚度确定压缩变形率：
[0064]
1)将拉线桩上的一侧拉线拆除，填石路基振动压实达到规定遍数要求后，在相同位置拉线，检测拉线至铺筑层顶面的高度h3；
[0065]
2)根据拉线至初压后和终压后路基顶面的高度，确定压缩变形量，压缩变形量为
[0066]
δh＝h
2-h3；
[0067]
3)根据压缩变形量和初压厚度，按式(b)计算压缩变形率。
[0068]
三、填石路基压实度检测
[0069]
请参考图4，采用拉线方法可快速、方便和准确测定松铺厚度、初压厚度、压实厚度，从而检测压缩率和压实度，根据压实度和最大成型密度，测定空隙率，测得的空隙率为测点空隙率的最大值。压实度检测包括：密度法与压缩率法压实度转换；压缩率法检测与计算压实度。
[0070]
1、本发明密度法与压缩率法压实度转换，根据填筑层质量守恒进行转换，压实度转换公式为：
[0071][0072]
式中：k为测点压实度(％)；ρ为测点密度(kg/m3)；ρ
max
为填石料的最大成型密度(kg/m3)；ε为测点的压缩变形率(％)；ε
max
为填石料的最大压缩变形率(％)。
[0073]
2、本发明压缩率法检测与计算压实度，按照本发明实施方案第二部分的方法检测压缩率，然后按照式(f)的压实度转换公式，采用压缩率和最大压缩率计算压实度。
[0074]
四、填石路基的空隙率检测
[0075]
本发明的一种填石路基压实度和空隙率检测，填石路基空隙率检测包括：填石料的天然密度测定；填石路基成型密度检测；填石路基空隙率检测。
[0076]
1、填石料天然密度测定，采用相同母岩的岩块，按《公路工程岩石试验规程》(jtge41t0204)天然密度试验方法测定。
[0077]
2、填石路基的成型密度检测，采用压缩率方法检测，包括：压实度检测和成型密度检测，有以下特点：
[0078]
1)压实度检测采用最大压缩率法，检测现场压实度，获得测点压实度最小值；
[0079]
2)成型密度检测采用最大成型密度法，根据压实度和最大成型密度检测现场成型密度，按式(d)测定成型密度。
[0080]
3、填石路基空隙率检测，采用填石料的天然密度和成型密度，按式(e)检测与计算填石路基测点的空隙率。
[0081]
五、检测结果分析与评定
[0082]
本发明的一种填石路基压实度和空隙率检测方法，检测结果分析与报告包括：压实度检测结果评定；空隙率检测结果评定。
[0083]
1、本发明的填石路基压实度检测结果评定，包括：压实度检测结果；压实度评定结果。
[0084]
1)压实度检测结果包括最大成型密度、最大压缩率、单点压实度检测结果；最大成型密度由不同粗颗粒含量的相似级配填石料通过成型试验测定；最大压缩率取为相似级配填石料的最大压缩率；单点压实度采用压缩率法，按单点实测压缩率和最大压缩率计算压实度；压缩率、最大压缩率和压实度计算精确到百分数小数点后2位数字；
[0085]
2)压实度评定按照《公路工程质量检验评定标准》(jtgf80/1)土方路基压实度控制标准及评定方法评定，压实度代表值和合格率应符合要求；单点压实度大于或等于压实度要求值减去2个百分点为合格点，计算合格率；单点压实度极值不小于要求值减去5个百分点；压实度低于极值和不合格点处，添加填隙颗粒并补压处理。
[0086]
2、本发明的填石路基空隙率检测结果评定，包括：空隙率检测结果；空隙率结果评
定。
[0087]
1)空隙率检测结果包括：填石料天然密度、最大成型密度、压实度、测点密度和测点空隙率；密度测定结果精确至10kg/m3，压实度和空隙率精确至百分数小数点后2位数字；
[0088]
2)空隙率结果评定，按每200m每压实层为单元进行评定，每个评定单元至少检测5个断面，每个断面检测不少于3个点，以每个断面空隙率测点的平均值作为该断面空隙率的检测值，评定单元空隙率平均值应符合设计要求，断面空隙率平均值不超过设计值加上2个百分点为合格；断面空隙率平均值大于设计值加上2个百分点或测点空隙率测定值大于设计值加上5个百分点为不合格。
[0089]
3、本发明的填石路基压实度检测方法，误差来源包括检测方法误差和压实度检测误差两个方面：
[0090]
1)检测方法误差包括最大成型密度和最大压缩率试验误差、压实度转换公式误差和压缩率检测方法本身误差。
[0091]
请参考图3，破碎率是填石料硬度和颗粒填充特性的函数，给定填石料母岩后，破碎率随骨架颗粒含量增大而增大。
[0092]
a)最大成型密度是相似级配填石料的最大成型密度，采用风干填石料，由成型密度与粗颗粒含量的关系曲线确定，相似级配填充特性和破碎特性相似，可准确反映填石料的压实特性。填石料的最大干密度对含水率不敏感，压缩率法不直接测定填石路基的密度和含水率，采用最大成型密度代表最大干密度不会造成误差。
[0093]
b)填石料的最大压缩率有最大成型密度时的压缩率和填石料最不利级配时的压缩率，最大成型密度时的压缩率小于最不利级配时的压缩率，本发明采用最不利级配时的压缩率作为最大压缩率，两者相差最大可达3％，检测得到的压实度是最小压实度，减少或避免压实度超100％的现象。
[0094]
c)压缩率检测的测量精度可达1mm；检测过程中拉线下挠、测点位置不对应或不平整，会显著增大检测误差。为了提高检测精度，检测时拉线应张紧，测点位置应对应，表面不平整可采用圆形钢垫块放置在测点位移，使钢垫块安装平整，量测钢垫块至拉线的高度。
[0095]
2)压实度检测误差主要来源于压实度转换公式的误差，包括以下以下4个方面：
[0096]
a)填筑层质量守恒，不考虑填筑层材料向下承层或填筑层外部迁移损失，该规定对单个测点有一定偏差，对填筑层成立；
[0097]
b)压实只作用在填筑层上，不考虑成型过程对下承层的压实作用，该规定与压路机的有效作用深度有一定偏差，强夯和冲击补强压实的有效压实深度较大；
[0098]
c)填石料的最大成型密度与相似级配填石料的最大成型密度相等，要求相似级配与填石料的填充特性和破碎特性相同，在准确定义骨架颗粒和填隙颗粒的填充特性和破碎率后，对于硬质岩填石料该要求可得到较高精度满足，对软质岩误差较大；
[0099]
d)填石料最大成型密度时的压缩率等于最大压缩率，最大成型密度时的压缩率一般不等于最大压缩率，最大压缩率不仅取决于颗粒填充性，还取决于颗粒破碎特性，而最大成型密度较大程度上只取决于颗粒填充特性，本发明采用实测的最大压缩率作为压缩率法检测压实度的控制要求，避免最大压缩率取值造成的压实度检测误差和压实度超100％现象，压实度检测值低于真值，为最小测定值，对保证工程安全有利。
[0100]
4、本发明的填石料基空隙率检测方法，误差来源包括：天然密度试验误差；成型密
度检测误差：图1是实度和空隙率检测记录示例。压实度由压缩率法检测，空隙率由成型密度法检测，压实度是真值的下限值，空隙率是直值的上限值。
[0101][0102][0103]
表1
[0104]
1)空隙率定义为填石料颗粒堆积体的空隙体积占填石料天然的百分率，由填石路基的成型密度和岩块的天然密度测定，岩块的天然密度由烘干前岩块的体积测定，岩块含水状态及含水率对天然密入式测定结果有一定影响，对于软岩及含水率较大的岩块，会造成试验误差；
[0105]
2)成型密度检测误差来源于压实度检测误差，本发明的成型密度通过压实度检测，利用压实度与最大成型密度的关系确定，压实度检测采用最大压缩率法，最大压缩率大于最大成型密度时的压缩率，使压实度检测值低于真值；采用最大成型密度和压实度计算成型密度，最大成型密度高于最大压缩率时的成型密度，使得成型密度测定值高于最大压缩率法测定的成型密度真值；成型密度正偏差和负偏差基本相同，使得成型密度检测值接近于真值。
[0106]
实施本发明可实现以下有益效果：
[0107]
1、本发明采用相似级配填石料室内测定填石料的最大成型密度和最大压缩率，相似级配实现了填石料压实过程填充特性和破碎特性相似，能够覆盖现场填石料的级配和破碎特性变化对压实控制标准的影响范围，试验精度高、重现性好，试验材料用量少，劳动强度低。
[0108]
2、本发明采用压缩率法测定填石路基压实度，压实度的定义与密度法的压实度定义完全相同，压实控制标准不需要修改，从而实现室内压缩率标准与现场压缩率检测方法的统一，采用最大压缩率计算压实度，得到填石路基压实度的下限值，避免压实度检测值超100％现象。
[0109]
3、本发明采用最大成型密度法检测填石路基的空隙率，空隙率的定义和控制要求与现行标准要求相同，不需要修改定义、方法与标准；现场成型密度由压实度下限值和最大成型密度检测，测得的空隙率是填石路基测点空隙率的最大值；空隙率检测大大减少现场检测的劳动强度，从而可以加大检测频率，提高检测结果的可靠性。
[0110]
4、利用相似级配填石料的成型密度-粗颗粒含量、压缩率-粗颗粒含量和破碎率-粗颗粒含量曲线，现场测定填石料骨架颗粒(石块)含量后，可以实现压实控制一测点一标准，更加精确测定填石路基的压实度和空隙率，评价填石路基的压实效果。
[0111]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0112]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。