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根据《现场测试规程》,先测定砂的标准密度,然后根据《检评标准》的要求,采用灌砂法检测路基路面的压实度,计算平均值、标准值、变异系数,对压实度进行评定。
压实,就是把一定体积的路基土基层材料或路面混凝土压缩到更小的体积的过程。在此过程中,颗粒相互挤压在一起,减少孔隙,由此提高材料密度。高标准压实,是保证路基、路面应有强度和稳定性的一项最经济有效的技术措施。
压实可以充分发挥路基土和路面材料的强度,可以减少路基、路面在行车道荷载作用下产生的永久形变,还可以增加路基土和路面材料的不透水性和强度稳定性,对于增强路基、路面的使用性能和延长使用寿命是非常重要的。如果路基、底基层、基层或面层材料压实度不足,在使用过程中,路面上就会产生车辙、裂缝、沉陷和水损坏,也可能使整个路面产生剪切破坏。
对于高等级沥青混凝土路面工程来说,成功的压实度应能使面层达到最佳空隙率和密实度。如果压实不够,空隙常趋于相互连通,此时空气和水分就容易侵入致使道路易遭到破坏;此外,自冰冻气温下,路面中的水分发生冻胀也将造成道路的早期破坏。
路基受到的荷载应力,随深度增加而迅速减少,所以路基上部的压实度应高一些;另外,公路等级高,其路面等级也高,对路基强度的要求也相应提高,所以对路基压实度的要求也要高一些。
常用现场密实检测方法有灌砂法、环刀法、核子密度仪(或无核密度仪)法和钻芯法等方式;
灌砂法
所谓灌砂法是用均匀颗粒(或单一粒径)的砂,由一定高度下落到一规定容积的筒或洞内,根据其单位质量不变的原理,来测量试洞的容积代表洞中取出材料的体积,该法用于测试各种土或路面材料的密度。
灌砂法是当前国际上最通用的方法,在很多国家的土石实验法和稳定土材料试验法中,灌砂法列为在现场测定密度的主要方法,可用于测量各种土和路面材料的密度。此法的缺点:需要携带较多的量砂;称重次数较多,因此它的测量速度较慢。
检测目的和适用范围
灌砂法适用于在现场测定基层(或底基层)、砂石路面及路基上的各种材料压实度的密度和压实度检测,但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料压实度检测。
用挖坑灌砂法测定密度和压实度时,应符合下列规定:
(1)当集料的最大粒径小于13.2mm,测定层的厚度不超过150mm时,宜采用Φ100mm的小型灌砂筒测试。
(2)当集料的最大粒径大于或等于13.2mm,但不大于31.5mm,测定层的厚度不超过200mm时,应用Φ150,mm的大型灌砂筒测试。
检测器具与材料
本实验需要的主要仪器设备有:灌砂筒、金属标定罐、基板、天平或台秤、含水率测定器具、量砂等。
砂的密度标定
现场检测前应先标定砂的密度,标定步骤如下:
(1)向灌砂筒内装砂至距筒顶15mm左右为止,称取装入砂筒内砂的质量m1,精确至1g。
(2)打开开关,砂自由流下,并使流出砂的体积约等于标定罐的容积,关上开关,称取装入砂筒内砂的质量m7.
(3)灌砂筒移至玻璃板上,将开关打开,直到筒内砂不再下流时,将开关关上,取走灌砂筒,称取装入筒内砂的质量m8,计算m2。
(4)装入质量为m1的砂,并将灌砂筒放在标定罐上,将开关打开,让砂流出。在整个流砂过程中,不要碰到灌砂筒,直到储砂筒内的砂不再下流。
(5)将开关关闭,取下灌砂筒,称取筒内剩余砂的质量m3,精准至1g。
(6)用水确定标定罐的容积V,精确到1ml。
现场检测步骤
(1)清扫表面,并整平。安放基板,将盛有量砂m5的灌砂筒放在圆孔上,让砂自由流出。
(2)当砂不再流出,关上开关。称取剩余砂m6.
(3)取走基板,清扫表面,并将砂收回。
(4)将基板放在表面,沿基板中孔凿洞,洞的直径与灌砂筒一致,深度为碾压厚度。
(5)将基板安放在试坑上,将灌砂筒安放在基板中间(储砂筒内放的砂质量为m1)
(6)打开开关,让砂流入试坑内,直到储砂筒内的砂不再下流时,称取剩余砂的质量m4.
(7)回收量砂,过筛烘干。
操作注意事项
挖坑灌砂法是施工过程中最常用的实验方法之一。此方法看似简单,但实际操作时经常掌握不好,易引起较大误差。又因为它是评定密度的依据之一,所以也是检测部门与施工单位之间易发生矛盾的环节,因此应严格遵循实验规程的每个细节,以提高试验精度。为使实验做得准确,在试验过程中应着重注意以下几个环节。
(1)量砂要规则,如果重复使用时一定要注意晾干,处理一致,否则会影响量砂的松方密度。
(2)每换一次量砂,都必须标定松方密度,漏斗中砂的数量也应该重新标定。因此宜事先准备较多的量砂,切勿到实验时临时找砂,更不能不做实验,仅使用以前的数据。
(3)第一次安放基板时,应在基板的四个角做标记,以便第二次安放时找到原来的位置。
(4)在挖坑时试坑壁应笔直,避免出现上大下小或上小下大的情形。以免检测密度偏大或偏小。
(5)无论是标定还是测试完后,都要检查灌砂筒外壁和锥体之间的三角区是否有啥子漏入,如有要将其单独清出,称其质量,计算密度时要扣除这部分质量。
环刀法测定压实度
在破坏性实验中,环刀法是我国最早使用的测定土的湿密度的一种方法,也是较简单和较快捷的一种实验方法,但它的破坏性较灌砂法和水袋法大得多。此外,环刀法只能用于测定不含有砾石或碎石的纯细粒土的现场湿密度,且不适用于松散性材料。用环刀法测量土层的湿密度,有较多因素影响测量结果的准确度和精准度。
适用范围
本方法适用于规定在公路工程现场用环刀法测定土基及路面材料的密度及压实度。适用于细粒土及无机结合料稳定细粒土的密度。但对无机结合料稳定细粒土,其龄期不宜超过2d,且宜用于施工过程中的压实度检验。
仪器和材料
本试验需要的主要仪器设备有人工取土器或电动取土器、天平等
(1)人工取土器:包括环刀、环盖、定向筒和击实锤系统(导杆、落锤、手柄)。环刀直径为6~8cm,高2~3cm。
(2)天平:感量0.1g(用于取芯头内径小于70mm样品的称量)或0.1g(用于取芯头内径100mm样品的称重)
(3)其他器具:镐、小铁锨、修土刀、毛刷、直尺、钢丝锯、凡士林、木板及测定含水率的设备等。
环刀
室内做密度试验,考虑到与剪切、固结等试验所用的环刀相配合,规定室内环刀容积为60~150cm³。施工现场检查填土压实密度时,由于每层土压实度上下不均匀,为提高试验结果的精度,可增大环刀容积,一般采用的环刀容积为200~500cm³。环刀高度与直径之比,对实验结果是有影响的。根据钻探机具、取土器的筒高和直径的大小,确定室内实验使用的环刀直径为6~8cm,高2~3cm;野外采用的环刀规格尚不统一,径高比一般为1~1.5为宜。
检测步骤
1、用人工取土器测定黏性土或无机结合料稳定细粒土密度
(1)擦净环刀,称取环刀质量m2,准确至0.1g。
(2)在实验地点,将面积约30cm×30cm的地面清扫干净,并将压实层铲去表面浮动及不平整的部分,达到一定深度,使环刀打下后,达到要求的取土深度,但不得扰动下层。
(3)将定向筒齿钉固定于铲平的地面上。顺次将环刀、环盖放入定向筒内与地面垂直。
(4)将导杆保持垂直状态,用取土器落锤将环刀打入压实层中,至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。
(5)去掉击实锤和定向筒,用镐将环刀及试样挖出。
(6)轻轻取下环盖,用修土刀自边至中削去环刀两端余土,用直尺检测直至修平为止。
(7)擦净环刀外壁,用天平称取环刀及试样合计质量m1,精确至0.1g。
(8)自环刀中取出试样,取具有代表性的试样,测定其含水率。
2、用人工取土器测定砂性土或砂层密度
(1)如为湿润的砂土,试验时不需要使用击实锤和定向筒,在铲平的地面上,细心挖出一个直径较环刀外径略大的砂土柱,将环刀刃口向下,平置于砂土柱上,用两手平稳地将环刀垂直压下,直至砂土柱突出环刀上端约2cm为止。
(2)削掉环刀口上的多余砂土,并用直尺刮平。
(3)在环刀上口盖一块平滑的模板,一手按住木板,另一手用小铁锹将试样从环刀底部切断,然后将装满试样的环刀反转过来,削去环刀刃口上部的多余砂土,并用直尺刮平。
(4)擦净环刀外壁,称环刀与试样合计质量m1,准确至0.1g。
(5)自环刀中取具有代表性的试样测定其含水率ω。
(6)干燥的砂上不能挖成砂土柱时,可直接将环刀压入或打入图中。
结果计算
湿密度=4*(m1-m2)/πd²h
试样的干密度=试样的湿密度/1+0.01w
K=试样干密度/击实试验得到试样的最大干密度*100
K---------测度地点的施工压实度,%
m1-------环刀与试样合计质量,g
m2-------环刀质量,g
d---------环刀直径,cm
h---------环刀高度,cm
w---------试样的含水率,%
钻芯法测定沥青面层压实度
沥青混合料面层的施工压实度是指按施工规范规定的方法测得的混合料试样的毛体积密度与标准密度的比值,以百分率表示。对沥青混合料,国内外均已取样测定作为标准试验方法。
沥青路面压实度采用钻心法进行检测,该方法适用于检验从压实的沥青路面上钻取的沥青混合料芯料试件的密度,以评定沥青面层的施工压实度。
检测器具与材料
(1)路面取芯钻机。分电动机和汽油机两类,路面取芯大多采用汽油机,而结构物取芯大多采用电动机。
(2)天平:感量不大于0.1g
(3)水槽。
(4)吊篮。
(5)石蜡。
(6)其他:卡尺、毛刷、小勺、取样袋(容器)、电风扇。
方法与步骤
(1)钻取芯样。按照路面钻孔以及切割取样的方法钻取路面芯样,芯样直径不宜小于Φ100mm。当一次钻孔取得的芯样包含有不同层位的沥青混合料时,应根据结构组合情况用切割机将芯样沿各层结合面锯开分层进行测定。
(2)测定试件密度
1)将钻取的试件在水中用毛刷轻轻刷净黏附的粉尘。如果试件边角有松散颗粒,应仔细清除。
2)将试件晾干或用风扇吹干,静置不少于24h,直至恒重。
3)按现行的《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTG E20--2011)的沥青混合料试件密度试验方法测得试件的湿密度或毛体积密度ρs。通常情况下采用表干法测定试件的毛体积相对密度;对吸水率大于2%的试件,宜采用蜡封法测定试件的毛体积相对密度;对吸水率小于0.5%特别致密的沥青混合料,在施工质量检验时,允许采用水中重法测定表观相对密度。
(3)根据现行规范要求,确定计算压实度的标准密度。
检测结果计算
(1)当计算压实度的沥青混合料的标准密度采用马歇尔击实试件成型密度试验或试验路段钻孔取样密度时,沥青面层的压实度按下式计算:
K=ρs/ρ0×100%
K——沥青层某一测定部位的压实度
ρs——沥青混合料芯样试件的湿密度或毛体积密度(g/cm³)
ρ0——沥青混合料的标准密度(g/cm³)
(2)计算压实度的标准密度采用最大理论密度时,沥青面层的压实度按下式计算:
K=ρs/ρt×100%
ρs——沥青混合料芯样试件的实际密度(g/cm³)
ρt——沥青混合料的最大理论密度(g/cm³)
注意事项
沥青路面的压实度采取重点进行碾压工艺的过程控制,适度钻孔抽检压实度校核的方法。对施工及验收过程中的压实度检验不得采用配合比设计时的标准密度,应按如下方法检测确定。
(1)以实验室密度,即沥青拌合厂每天取样1~2次实测的马歇尔试件密度,作为标准密度,取平均值作为该批混合料铺筑路段压实度的标准密度。
(2)以每天实测的最大理论密度作为标准密度。对普通的沥青混合料,沥青拌合厂在取样进行马歇尔实验的同时以真空法实测最大理论密度,平行实验的试样数不少于2个,以平均值作为该批混合料铺筑路段压实度的标准密度。
(3)以试验路密度作为标准密度。用核子密度仪定点检查密度不再变化为止,然后取不少于15个钻孔试件的平均密度为计算压实度的标准密度。
(4)可根据需要选用实验室标准密度、最大理论密度、试验路密度中的1~2种作为钻孔法检验评定的标准密度。
(5)施工中采用核子密度仪等无破损检测设备进行压实度控制时,宜以试验路密度作为标准密度,核子密度仪的测点数不宜少于39个,取平均值,但核子密度仪须经标定。
(6)压实度钻孔频率按相关规范的要求进行。
压实度的评定
路基、路面压实度是以1~3km长的路段为检验评定标准,按要求的检测频率及方法进行现场压实度抽样检查,计算得出每一测点的压实度K。
压实度评定要点:
(1)控制平均压实度的置信下限以保证总体水平。
(2)规定单点极限值不得超出给定值,防止局部隐患。
(3)规定扣分界限以区分质量优劣。
检验标定段的压实度代表值K(算术平均值的下置信界限)为:
K=k-ta/√ ̄n*S≥K0
式中K——检验评定段内务测点压实度的平均值;
ta——t分布表中随测点数和保证率(或置信度a)而变的系数;
S——检测值的标准差;
n——检测点数;
K0——压实度标准值。
(4)路基、基层和底基层:
1)K≥K0且单点压实度Ki全部大于或等于规定值减2个百分点时,评定路段的压实度合格率为100%;
2)当K≥K0,且单点压实度全部大于或等于规定极值时,按测定值不低于规定值减2的百分点的测点数计算合格率。
3)K<K0或某一单点压实度Ki小于规定极值时,该评定路段压实度为不合格,相应的分项工程为不合格。
4)路堤施工段落短时,分层压实度应每点符合要求,且样本不小于6个。
(5)沥青面层:
1)当K大于等于K0时,且全部测点大于或等于规定值减1个百分点时,评定路段的压实度合格率为100%;
2)当K≥K0时,按测定值不低于规定值减1个百分点的测点数计算合格率;
3)K<K0时,评定路段的压实度为不合格,相应分项工程为不合格。
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