利用夯沉比確定填筑土同一能級(jí)下最優(yōu)含水量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明利用夯沉比確定填筑土同一能級(jí)下最優(yōu)含水量的方法，屬于土木工程地基 處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及填方土體強(qiáng)夯處理的含水量控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 強(qiáng)夯法是一種將幾十噸（一般為8-40t)重錘從幾十米（一般6-40m)高處自由落 下，對(duì)地基土進(jìn)行擠密、強(qiáng)力夯實(shí)的方法。目前的情況是，強(qiáng)夯實(shí)踐發(fā)展快，而強(qiáng)夯機(jī)理和設(shè) 計(jì)理論仍有許多含混不清之處，理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)踐，強(qiáng)夯的夯后質(zhì)量控制、施工優(yōu)化等問(wèn) 題一直備受關(guān)注。
[0003] 我國(guó)是世界上山地面積最大的國(guó)家，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，建設(shè)用地將日趨緊 張，為避免與良田爭(zhēng)地，好多場(chǎng)地不得不采用大挖大填，許多城市提出了 "工業(yè)出城、項(xiàng)目上 山"的發(fā)展戰(zhàn)略。填土的干密度及含水量是影響填方體強(qiáng)夯加固設(shè)計(jì)與效果評(píng)價(jià)的重要參 數(shù)。
[0004] 就目前而言，土的壓實(shí)理論、工程實(shí)踐與規(guī)范、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)都已相當(dāng)成熟，現(xiàn)有規(guī)范 中也對(duì)于路基的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定：基本上是采用重型擊實(shí)試驗(yàn)確定最大干密度的壓 實(shí)度，其中《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》均對(duì)壓實(shí)度和相對(duì)密度做了嚴(yán)格規(guī) 定。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，填溝造地工程，強(qiáng)夯這一經(jīng)濟(jì)、方便、加固效果的施工方法， 飛速發(fā)展，但是對(duì)于強(qiáng)夯法施工的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有明確的規(guī)定。強(qiáng)夯工程質(zhì)量的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn) 一般基于擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行控制，但是擊實(shí)實(shí)驗(yàn)只有輕型、重型之分，所確定的最優(yōu)含水量只有 一種，與能級(jí)不匹配。強(qiáng)夯施工中卻需要不同能級(jí)的組合，那么強(qiáng)夯施工時(shí)不同能級(jí)所對(duì)應(yīng) 的最優(yōu)含水量也不同，最優(yōu)含水量不是唯一的一種。此外兩者的側(cè)限也不同，使得強(qiáng)夯所對(duì) 應(yīng)的最優(yōu)含水量必然與輕型和重型擊實(shí)試驗(yàn)所確定的最優(yōu)含水量有差異，加固機(jī)理和效果 也有一定區(qū)別，那么以輕型或重型擊實(shí)試驗(yàn)作為強(qiáng)夯處理地基壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)顯然都不 準(zhǔn)確。
[0005] 現(xiàn)在，加固濕陷性黃土地基時(shí)，強(qiáng)夯法對(duì)于土體含水量的要求并不明確，借助擊實(shí) 試驗(yàn)確定的含水量又與實(shí)際工程存在較大的誤差，至今還沒(méi)有成熟嚴(yán)密的理論依據(jù)支撐。 但合適的含水量對(duì)于夯擊效率的影響卻十分顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用夯沉比確 定同一能級(jí)下填筑土的最優(yōu)含水量的方法，提高了施工質(zhì)量，科學(xué)、準(zhǔn)確、方便、經(jīng)濟(jì)，對(duì)實(shí) 際工程中施工指導(dǎo)具有重要意義。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：利用夯沉比確定填筑土同 一能級(jí)下最優(yōu)含水量的方法，通過(guò)同一能級(jí)的多種含水量填筑土的夯擊試驗(yàn)，分別計(jì)算多 種含水量填筑土對(duì)應(yīng)的夯沉比，繪制多種含水量填筑土的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線圖組合對(duì) 比以確定最優(yōu)含水量；
[0008] 每一種含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線圖由下述方式得到：
[0009] a)調(diào)制一種含水量的填筑土，在夯錘的頂部中心安裝加速度傳感器進(jìn)行夯擊試 驗(yàn)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試采集儀記錄夯錘每一擊的動(dòng)態(tài)加速度數(shù)據(jù)，通過(guò)積分計(jì)算出夯錘行程 數(shù)值S ;
[0010] b)通過(guò)水準(zhǔn)儀測(cè)量窮錘每一擊后的窮坑深度，得出單擊窮沉量b ;
[0011] c)每一擊的夯沉比λ通過(guò)單擊夯沉量b與夯錘行程數(shù)值S之比得出，即：
[0012]
[0013] 并通過(guò)多次夯擊的夯沉比得出該含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線；
[0014] 通過(guò)上述方式得到同一能級(jí)的多種含水量填筑土對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線， 并整合至一個(gè)曲線圖上進(jìn)行對(duì)比分析，位于最上面的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線對(duì)應(yīng)的含水量 即該能級(jí)的最優(yōu)含水量。
[0015] 所述步驟a中的加速度傳感器是壓電式加速度傳感器。
[0016] 所述夯擊次數(shù)一夯沉比曲線圖利用全場(chǎng)景縮尺模型試驗(yàn)得到，即夯錘的直徑、高 度及夯錘落距均為I :N縮小，利用全場(chǎng)景縮尺模型試驗(yàn)得到的最優(yōu)含水量與現(xiàn)場(chǎng)的原型試 驗(yàn)結(jié)果完全一致。
[0017] 本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。
[0018] 1、本發(fā)明在不同的含水量的工況下，通過(guò)強(qiáng)夯試驗(yàn)計(jì)算單擊夯沉比，從而得到每 種含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線，對(duì)同一能級(jí)的多種含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉 比曲線對(duì)比分析，確定填方土體的最優(yōu)含水量，根據(jù)施工所用能級(jí)選擇最優(yōu)含水量，為地基 處理的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考，方法簡(jiǎn)單，物理意義明確，計(jì)算準(zhǔn)確又方便經(jīng)濟(jì)。
[0019] 2、現(xiàn)有工程中僅借助擊實(shí)試驗(yàn)確定的最優(yōu)含水量來(lái)間接確定強(qiáng)夯工程土體的最 優(yōu)含水量，但是擊實(shí)實(shí)驗(yàn)只有輕型、重型之分，且輕型、重型擊實(shí)試驗(yàn)所能確定的最優(yōu)含水 量均只有一種，與能級(jí)不匹配。本發(fā)明是以夯錘為研究對(duì)象，真正從強(qiáng)夯自身出發(fā)，得到強(qiáng) 夯所對(duì)應(yīng)的自身的最優(yōu)含水量，夯沉比確定的最優(yōu)含水量與能級(jí)有關(guān)，理論嚴(yán)密，可操作性 強(qiáng)。
[0020] 3、強(qiáng)夯加固機(jī)理與擊實(shí)試驗(yàn)相似，因此，強(qiáng)夯工程試驗(yàn)的計(jì)算模型可以參照擊實(shí) 試驗(yàn)建立，但是擊實(shí)試驗(yàn)因?yàn)橛袚魧?shí)筒的存在，土體周?chē)莿傂詡?cè)限，而強(qiáng)夯點(diǎn)周?chē)峭?體，屬于半無(wú)限體邊界，側(cè)限不明顯，屬于柔性側(cè)限。本發(fā)明中夯沉比試驗(yàn)的提出及應(yīng)用，巧 妙地避開(kāi)了擊實(shí)實(shí)驗(yàn)由于側(cè)限不同帶來(lái)的誤差，同時(shí)也是對(duì)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)夯工程應(yīng)用的改 進(jìn)與補(bǔ)充。
[0021] 4、本發(fā)明得到相應(yīng)能級(jí)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水量，可在施工地進(jìn)行多次試驗(yàn)得到，也可 在室內(nèi)或室外建立原型的全場(chǎng)景同比縮小模型試驗(yàn)得出最優(yōu)含水量，使得能耗成本降低。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中夯擊試驗(yàn)含水量14%的第五擊全程加速度時(shí)程曲線。
[0024] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中夯擊試驗(yàn)含水量14%的第五擊加速度起始時(shí)間歸零時(shí)程 曲線。
[0025] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中窮擊試驗(yàn)含水量14%的第五擊速度時(shí)程曲線。
[0026] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中窮擊試驗(yàn)含水量14%的第五擊窮錘位移時(shí)程曲線。
[0027] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中夯擊試驗(yàn)含水量14%的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線。
[0028] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中夯擊試驗(yàn)五種含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線組合 對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明利用夯沉比確定填筑土同一能級(jí)下最優(yōu)含水量的方法，通過(guò)同一能級(jí)的多 種含水量填筑土的夯擊試驗(yàn)，分別計(jì)算多種含水量填筑土對(duì)應(yīng)的夯沉比，繪制多種含水量 填筑土的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線圖組合對(duì)比以確定最優(yōu)含水量；
[0030] 每一種含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線圖由下述方式得到：
[0031] a)調(diào)制一種含水量的填筑土，在夯錘的頂部中心安裝加速度傳感器進(jìn)行夯擊試 驗(yàn)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試采集儀記錄夯錘每一擊的動(dòng)態(tài)加速度數(shù)據(jù)，通過(guò)積分計(jì)算出夯錘行程 數(shù)值S ;
[0032] b)通過(guò)水準(zhǔn)儀測(cè)量窮錘每一擊后的窮坑深度，得出單擊窮沉量b ;
[0033] c)每一擊的夯沉比λ通過(guò)單擊夯沉量b與夯錘行程數(shù)值S之比得出，即：
[0034]
[0035] 并通過(guò)多次夯擊的夯沉比得出該含水量對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線；
[0036] 通過(guò)上述方式得到同一能級(jí)的多種含水量填筑土對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線， 并整合至一個(gè)曲線圖上進(jìn)行對(duì)比分析，位于最上面的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線對(duì)應(yīng)的含水量 即該能級(jí)的最優(yōu)含水量。
[0037] 所述步驟a中的加速度傳感器是壓電式加速度傳感器。
[0038] 所述夯擊次數(shù)一夯沉比曲線圖利用全場(chǎng)景縮尺模型試驗(yàn)得到，即夯錘的直徑、高 度及夯錘落距均為I :N縮小，利用全場(chǎng)景縮尺模型試驗(yàn)得到的最優(yōu)含水量與現(xiàn)場(chǎng)的原型試 驗(yàn)結(jié)果完全一致。
[0039] 以下為夯沉比的計(jì)算方式：
[0040] 夯沉比
1其中b為測(cè)量所得單擊夯沉量，S為通過(guò)積分計(jì)算出的夯錘行程數(shù) 值；
[0041] 在夯錘的頂部中心安裝加速度傳感器進(jìn)行夯擊試驗(yàn)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試采集儀記錄 夯錘每一擊的動(dòng)態(tài)加速度數(shù)據(jù)；
[0042] 根據(jù)采集的動(dòng)態(tài)加速度數(shù)據(jù)得出夯錘每一擊的加速度時(shí)程曲線；
[0043] 將上述夯錘的加速度時(shí)程曲線中加速度發(fā)生變化的拐點(diǎn)處的時(shí)間歸零，作為夯錘 沖擊行程的起點(diǎn)，得到修正后單擊作用下夯錘沖擊行程的加速度時(shí)程曲線；
[0044] 以夯錘落地速度為初始條件，作為沖擊時(shí)程的開(kāi)始，將采集到的加速度時(shí)程曲線 通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換得到離散的數(shù)據(jù)；
[0045] 根據(jù)沖擊動(dòng)力學(xué)原理，將上述加速度數(shù)據(jù)以數(shù)值積分 CN 105160057 A ^ 4/6 貝
[0046]
[0047] 其中
> 為窮錘落地速度，h為窮錘落距，g為重力加速度；
[0048] 為加速度傳感器測(cè)試值，δ t為時(shí)間積分步長(zhǎng)；
[0049] 計(jì)算夯錘速度V1，得到夯錘的速度時(shí)程曲線；
[0050] 進(jìn)一步將速度數(shù)據(jù)以數(shù)值積分
[0051]
[0052] 其中V1為上述夯錘速度，δ