動(dòng)力圓錐貫入儀

16-T0012/A型DCP動(dòng)力圓錐貫入儀   動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀

1、DCP動(dòng)力圓錐貫入儀概述

動(dòng)力圓錐貫入儀（DCP）是一種輕型輕便的地基土原位測(cè)試的觸探儀，其錘重為8KG，落距575mm，貫入桿長(zhǎng)為1000mm，圓錐頭的直徑是20mm，錐尖為60度，貫入桿可以連接1000mm的鋼直尺，公英制雙面讀數(shù)，直接讀記每擊一次的貫入值。

動(dòng)力圓錐貫入儀（DCP）在國(guó)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。其貫入值已經(jīng)與土的彈性模量，CBR，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度建立了關(guān)系，在南非已經(jīng)將貫入值作為路面設(shè)計(jì)的參數(shù)。

1.1  DCP優(yōu)勢(shì)

動(dòng)力圓錐貫入儀（DCP）的優(yōu)點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)便，不受場(chǎng)地限制，適用于施工現(xiàn)場(chǎng)或老路路基承載力評(píng)價(jià)。而動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀（Dynamic Cone Penetrometer，簡(jiǎn)稱DCP）通過快速檢測(cè)土基的貫入度可有效地克服灌沙、環(huán)刀、灌水與電動(dòng)取土器等方法的缺點(diǎn)，是新一代土基壓實(shí)性能的快速檢測(cè)設(shè)備；同時(shí)DCP與現(xiàn)場(chǎng)路基加州承載比（California Bearing Ratio，簡(jiǎn)稱CBR）和回彈模量之間具有良好的相關(guān)性，可用來評(píng)價(jià)路基的強(qiáng)度。（根據(jù)AASHTO公式轉(zhuǎn)換）

1.2 DCP分析方法

由于動(dòng)力錐貫入儀在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，因而目前國(guó)內(nèi)尚沒有相關(guān)的分析方法，根據(jù)美國(guó)AASHTO的規(guī)定，DCP測(cè)試結(jié)果與CBR之間存在如下的關(guān)系：

CBR=405.3/PR1.259

公式中，PR為DCP測(cè)試的貫入率，mm/錘擊次；CBR為加州承載比，%。

因此，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)記錄DCP的貫入率，即可快速計(jì)算土基CBR，初步評(píng)價(jià)路基各層承載能力。

1.3 DCP測(cè)試原理

DCP由英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室（T ranspor tat ion,Research Labor atory,簡(jiǎn)稱TRL）開發(fā)，總重為20kg。

主要包括落高為575mm的8kg落錘、貫入桿、標(biāo)尺及與貫入桿端部連接的直徑為20mm的圓錐錐尖，其中：錐尖的錐角為60度，其構(gòu)件與尺寸具體如圖1所示。

技術(shù)參數(shù)：

1：10000mm讀尺

2：貫入桿  上桿803mm

3：連接圓盤  105mm

4：落距：575mm

5、貫入桿：下桿910mm

6、底板：300mm*60mm*8mm

7、落錘：8KG

8、錐頭：直徑20mm，角度60度

2 動(dòng)力圓錐貫入儀DCP測(cè)試方法

DCP測(cè)試時(shí)，通常需要3個(gè)人員操作，其中：一人握住手柄，豎起并扶住儀器，同時(shí)將錐尖朝下貼緊土基表面，并盡量使貫入桿垂直于土基表面；一人提升落錘并讓其自由下落，一人記錄每2次錘擊后對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)。

2.1  DCP測(cè)試步驟

（1）在試驗(yàn)地點(diǎn)選擇干燥平坦的表面，如果表面有浮土或土質(zhì)較松軟，應(yīng)用鏟子將表面一層土鏟去，鏟去土的厚度不宜大于2cm，如表面浮土較深，應(yīng)在附近另選一側(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。

（2）將圓錐頭連接到安裝好的動(dòng)力貫入儀桿上。

（3）將圓錐頭對(duì)準(zhǔn)要檢測(cè)的土的表面，同時(shí)確保貫入桿豎直。

（4）在貫入桿旁邊放好標(biāo)尺，標(biāo)尺要平行于貫入桿。

（5）有一人扶好貫入桿，另一個(gè)人舉起重錘，然后松手放下重錘。

（6）落錘砸下后，記錄單次貫入深度超過5mm后的錘擊次數(shù)與桿身貫入深度；如果單次貫入深度小于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(jì)錘擊次數(shù)。測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)按照規(guī)定表格由專人記錄。

（7）至貫入深度達(dá)到要求（貫入深度達(dá)到或稍微超過當(dāng)前被檢壓實(shí)層層厚）后，取出貫入桿，結(jié)束測(cè)試。

（8）在貫入過程中，如圓錐頭遇到石塊或其它蝕物致使貫入桿無法繼續(xù)貫入時(shí)停止測(cè)試。本次數(shù)據(jù)記錄成作廢，另外在貫入孔附近40cm范圍內(nèi)另選擇一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。

（9）測(cè)試完畢后將貫入桿從中部連接處拆開，連同標(biāo)尺及落錘一起放進(jìn)工具箱內(nèi)，以備下次使用。

2.2 DCP測(cè)試顯示

由此，貫入桿在落錘的沖擊作用下，逐漸貫入土基內(nèi)部，顯然，土基越堅(jiān)硬，貫入一定深度的次數(shù)就越多，相應(yīng)的每錘貫入的深度就越小；反之，土基越軟，則貫入一定深度的次數(shù)就越少，而每錘貫入深度就越大。因此，DCP的測(cè)試結(jié)果可以反映土基內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性能。

DCP可在85cm的深度范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，一般情況下，DCP測(cè)試1個(gè)測(cè)點(diǎn)只需1~3min的時(shí)間，具有快速檢測(cè)的特點(diǎn)，為此，其測(cè)試結(jié)果采用貫入度為反映：

DN=Y/N

DN為貫入度，mm/錘，Y為從第1錘至最后1錘的總貫入深度，mm；N為錘擊次數(shù)。

3、動(dòng)力圓錐貫入義DCP測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

DCP貫入度與其他指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均大于0.70，特別是與壓實(shí)度和彎沉之間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值超過0.80，這說明貫入度與彎沉、靜回彈模量、動(dòng)模量、壓實(shí)度、干密度及含水量之間均存在著良好的雙對(duì)數(shù)關(guān)系。其中，靜回彈模量、動(dòng)模量、壓實(shí)度及干密度與貫入度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，彎沉和含水量與貫入度呈正相關(guān)關(guān)系。

因此，表明貫入度可以反映土基的設(shè)計(jì)指標(biāo)（回彈模量）及施工指標(biāo)（壓實(shí)度和彎沉），故采用DCP評(píng)價(jià)土基的強(qiáng)度、剛度及壓實(shí)性能是可行的，上述經(jīng)驗(yàn)公式可作為DCP評(píng)價(jià)此類土基的壓實(shí)性能參考。

3.1測(cè)試結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)選取成型土質(zhì)路基，分別采用DCP、貝克曼梁、承載板、PFWD及灌砂法等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法對(duì)土基性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。

回歸分析結(jié)果顯示，DCP貫入度與土基設(shè)計(jì)指標(biāo)（靜回彈模量和動(dòng)模量）及施工指標(biāo)（壓實(shí)度、干密度、含水量及彎沉）等之間具有良好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均大于0.70，這表明通過現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定并建立DCP與其他檢測(cè)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，就可以采用DCP替代傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)并評(píng)價(jià)土基的強(qiáng)度和剛度及壓實(shí)性能。

4、路基頂面處治深度的分析（舉例）

為了解土基頂面的狀況，對(duì)滬寧高速中緊急停靠帶路基95區(qū)路基處理前后進(jìn)行了DCP試驗(yàn)。結(jié)果如下：表2

表2 路基DCP試驗(yàn)各層貫入率加權(quán)平均值

土基頂面絕大部分測(cè)點(diǎn)表層以下0-40cm范圍內(nèi)CBR偏低，土層較松軟，約占測(cè)點(diǎn)數(shù)60%，表明這些測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的0-40cm范圍內(nèi)土基強(qiáng)度相對(duì)較差；土基頂面部分測(cè)點(diǎn)表層以下40-60cm范圍內(nèi)CBR偏低，約占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的19%，表明這些測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的40-60cm范圍內(nèi)土基強(qiáng)度相對(duì)較差；土基頂面60cm以下范圍內(nèi)CBR整體上數(shù)值較高；根據(jù)測(cè)試情況，緊急停靠帶銑刨路面結(jié)構(gòu)后，路基處理深度40cm為宜。

5、路基壓實(shí)質(zhì)量快速檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

在測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，建立了路基壓實(shí)質(zhì)量快速檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

5.1 NPR（單個(gè)測(cè)點(diǎn)每層填土貫入度PR加權(quán)平均值）計(jì)算

測(cè)點(diǎn)每層填土貫入率PR加權(quán)平均值計(jì)算如下：

PR—DCP測(cè)試的貫入率，單位mm/錘擊次，通常取一次錘擊數(shù)值。

NPR—測(cè)試土層PR加權(quán)平均值。

說明：∑h1應(yīng)小于抽檢壓實(shí)填土層厚度。

5.2KNPR（檢驗(yàn)評(píng)定段的NPR代表值）計(jì)算

檢驗(yàn)評(píng)定段的填土NPR（測(cè)點(diǎn)每層填土PR加權(quán)平均值）代表值為：

式中：t0-t分布表中隨測(cè)點(diǎn)數(shù)和保證率而變的系數(shù)。對(duì)于高速公路路基，保證率取固定值95%；S-檢測(cè)值的均方差；n-檢測(cè)點(diǎn)數(shù)；

NPR0—檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)NPR的規(guī)定值；

NPR—檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)NPR的平均值；

KNPR—檢驗(yàn)評(píng)定段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)NPR的代表值。