水利堤顶公路压实度的快速检测

王正君;来庆辉;康浩;李欣欣;赵春梅;庄晶晶

【摘 要】To study the reasonable rapid detection method, combined with the semi-infinite elastic body theory of soil, the elastic modulus can be used as the index of compressive strength of soil, so the Portable Falling Weight (PFWD) and Falling Ball Tester for Mechanical Properties of Geo-material(SEH-FBT) rapid detection method are introduced.Through the combination of laboratory experiment and field practice, the detection data were measured, and the relative ratio was detected by ring knife method.The data were fitted by SPSS software, and the correlation was established.The results show that there is a strong correlation between the PFWD and the falling-ball method and the data detected by the ring-knife method, and the regression equation can be established as the basis for engineering evaluation.%为了研究水利堤顶公路压实度的快速检测方法,结合土的半无限弹性体理论,以回弹模量作为土基抗压强度的指标,介绍便携式落锤弯沉仪(PFWD)和落球式岩土力学特性检测仪(SEH-FBT)快速检测法.通过实验室实验和现场实践相结合,测得试验数据,并且同时与环刀法测得压实度相对比,用SPSS软件将数据进行拟合,建立相关关系.结果表明:PFWD和SEH-FBT以及环刀检测的数据之间存在很强的相关性,可以建立非线性回归方程作为工程评价依据. 【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》 【年(卷),期】2017(008)001 【总页数】4页(P30-33)

【关键词】PFWD;SEH-FBT;快速检测;回弹模量;SPSS 【作 者】王正君;来庆辉;康浩;李欣欣;赵春梅;庄晶晶

【作者单位】黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080 【正文语种】中 文 【中图分类】TV871

在当前的一些新建或改建的黑龙江干流堤坝工程中，出现了堤坝质量不达标，使用不到规定年限等问题。这是由多方面的原因造成的，但从技术角度讲，施工过程中对水利堤顶公路的压实过程不够重视，导致压实质量不能满足规定的要求，是水利堤坝出现沉陷等破坏的主要原因之一。在传统水利堤顶公路压实度检测中，有环刀法、灌砂法和核子密度仪法等检测手段。前两者检测速度慢，对土坝有一定的破坏作用，而核子密度仪法使用过程中存在一定辐射危险。在施工过程中，能够对堤坝压实的质量做出即时快速、客观可靠的总体评价，可为工程施工提供极大的帮助，提高堤坝的检测效率。因此，本文讨论两种可用于堤坝压实度快速检测的仪器，即便携式落锤弯沉仪(PFWD)和落球式检测仪(SEH-FBT)。克服传统的压实度检测方法存在的检测时间长、对路基有损伤、所需人员多等缺点。通过连续检测路基回弹模量的变化，可有效地评价路基在碾压过程中刚度的变化，进而评价路基的压实状态，此前基于回弹模量的压实检测已在高速铁路路基施工质量检测控制中得到应用[1]。

PFWD由加载系统、数据采集系统和数据传输系统组成[2]。是通过采用圆形垂直

刚性分布荷载作用下的弹性半空间接触理论直接测定材料弯沉和回弹模量。 PFWD检测方法[3]： ①连接好设备，打开开关；②预加3次荷载，打开数据采集设备；③调整导杆到基本垂直，释放落锤，重复3次，记录数值；④再次按开始键，显示平均值和回弹模量。

SEH-BT是基于Hertz碰撞理论[4-5]，通过网格布点可多点测试一定范围和厚度填方路基，经过对岩土材料的塑性修正直接测试材料的变形模量，能明确且敏感地反映碾压的效果，从而为评价堤防路基的均匀性提供基础数据。Hertz碰撞理论仅适用于线弹性材料，岩土材料是典型的弹塑性材料。因此可以将碰撞过程分为压缩过程和回弹过程(图1)。

SEH-FBT快速检测法：①连接好设备，打开开关；②打开数据采集设备，不同材料系数设定；③把刚性球体提到一定的高度，通常距测点为50 cm；④球体自由下落与土体碰撞，采集数据。

在黑龙江省黑龙江干流堤防工程项目支持下，在实验室对普通非黏性土进行PFWD检测并与传统方法环刀法对比。对第十三标段黏性土和十四标段砂性土施工现场土质进行试验，在同一测试点分别用PFWD、SEH-FBT 进行试验，测得其回弹模量。通过现场试验，并结合文献[6]将动弹模量与沉降值进行拟合分析。本文应用SPSS软件进行回归方程的拟合和相关性分析，对于不同土质材料，分析环刀测得的压实度，PFWD与SEH-FBT测得的回弹模量之间的相关性。

对于实验室内PFWD测得回弹模量与环刀法测得压实度进行相关分析，分析结果见表1，得到的拟合曲线见图2。

当相关系数r>0.5时，两变量为强相关。由表1得PFWD检测的回弹模量与环刀压实度三次曲线拟合时相关系数r=0.805，其回归方程为： 式中y为环刀压实度(%)；X为PFWD测得回弹模量(MPa)。

通过实验室内PFWD测得回弹模量与环刀法测得压实度进行相关分析，压实度与

回弹模量之间存在较强的正相关关系，随着回弹模量的增加，对应压实度逐渐增大，可以通过观察回弹模量的变化分析土的压实度。

利用PFWD和SEH-FBT对现场十三标段和十四标段的堤顶路面进行检测并进行相关分析，结果见表2和表3，得到的拟合曲线见图3和图4。

由表2得现场十三标段的PFWD与SEH-FBT检测的回弹模量进行指数拟合时相关系数r=0.712，其回归方程为:

式中y为PFWD测得回弹模量(MPa)；X为SEH-FBT测得回弹模量(MPa)。 由表3得十四标段的PFWD与SEH-FBT检测的回弹模量进行指数拟合时相关系数r=0.802，其回归方程为：

式中y为PFWD测得回弹模量(MPa)；X为SEH-FBT测得回弹模量(MPa)。 利用PFWD和SEH-FBT分别检测十三标段和十四标段堤顶路面的回弹模量并进行相关分析。在现场试验中，运用两种仪器测得的回弹模量都存在很强的正相关关系。在采用指数函数拟合时有良好的拟合效果，由于两种土的土质不同，得到的拟合方程略有差别。

通过对两种快速检测方法与传统环刀法实验室与工程现场实践相结合的检测试验，并进行数据的非线性回归分析，结果表明PFWD与SEH-FBT测得的回弹模量与环刀法测得的压实度之间存在很强的相关关系。PFWD与SEH-FBT对比环刀法测量压实度具有操作简单、检测快速的优点，因此，通过PFWD和SEH-FBT检测回弹模量可以作为反映堤顶路面压实度的指标，在工程实际中应用，并达到快速、无损检测的目的。