16-T0012/A型DCP动力圆锥贯入仪   动态圆锥贯入仪

 

1、DCP动力圆锥贯入仪概述

 

动力圆锥贯入仪（DCP）是一种轻型轻便的地基土原位测试的触探仪，其锤重为8KG，落距575mm，贯入杆长为1000mm，圆锥头的直径是20mm，锥尖为60度，贯入杆可以连接1000mm的钢直尺，公英制双面读数，直接读记每击的贯入值。

动力圆锥贯入仪（DCP）在国外已经在使用中积累了贯入值与相应土性指标的关系。其贯入值已经与土的弹性模量，CBR，无侧限抗压强度建立了关系，在南非已经将贯入值作为路面设计的参数。

1.1  DCP优势

动力圆锥贯入仪（DCP）的优点是快速、简便，不受场地限制，适用于施工现场或老路路基承载力评价。而动态圆锥贯入仪（Dynamic Cone Penetrometer，简称DCP）通过快速检测土基的贯入度可有效地克服灌沙、环刀、灌水与电动取土器等方法的缺点，是新一代土基压实性能的快速检测设备；同时DCP与现场路基加州承载比（California Bearing Ratio，简称CBR）和回弹模量之间具有良好的相关性，可用来评价路基的强度。（根据AASHTO公式转换）

1.2 DCP分析方法

由于动力锥贯入仪在国内应用较少，因而目前国内尚没有相关的分析方法，根据美国AASHTO的规定，DCP测试结果与CBR之间存在如下的关系：

CBR=405.3/PR1.259

公式中，PR为DCP测试的贯入率，mm/锤击次；CBR为加州承载比，%。

因此，通过现场测试时记录DCP的贯入率，即可快速计算土基CBR，初步评价路基各层承载能力。

1.3 DCP测试原理

DCP由英国交通研究实验室（T ranspor tat ion,Research Labor atory,简称TRL）开发，总重为20kg。

主要包括落高为575mm的8kg落锤、贯入杆、标尺及与贯入杆端部连接的直径为20mm的圆锥锥尖，其中：锥尖的锥角为60度，其构件与尺寸具体如图1所示。

 

 

1：10000mm读尺

2：贯入杆  上杆803mm

3：连接圆盘  105mm

4：落距：575mm

5、贯入杆：下杆910mm

6、底板：300mm*60mm*8mm

7、落锤：8KG

8、锥头：直径20mm，角度60度

2 动力圆锥贯入仪DCP测试方法

DCP测试时，通常需要3个人员操作，其中：一人握住手柄，竖起并扶住仪器，同时将锥尖朝下贴紧土基表面，并尽量使贯入杆垂直于土基表面；一人提升落锤并让其自由下落，一人记录每2次锤击后对应的标尺读数。

2.1  DCP测试步骤

（1）在试验地点选择干燥平坦的表面，如果表面有浮土或土质较松软，应用铲子将表面一层土铲去，铲去土的厚度不宜大于2cm，如表面浮土较深，应在附近另选一侧点进行测试。

（2）将圆锥头连接到安装好的动力贯入仪杆上。

（3）将圆锥头对准要检测的土的表面，同时确保贯入杆竖直。

（4）在贯入杆旁边放好标尺，标尺要平行于贯入杆。

（5）有一人扶好贯入杆，另一个人举起重锤，然后松手放下重锤。

（6）落锤砸下后，记录单次贯入深度超过5mm后的锤击次数与杆身贯入深度；如果单次贯入深度小于5mm，应在多次锤击到贯入深度大于5mm后记录贯入深度及该序列累计锤击次数。测试数据应按照规定表格由专人记录。

（7）至贯入深度达到要求（贯入深度达到或稍微超过当前被检压实层层厚）后，取出贯入杆，结束测试。

（8）在贯入过程中，如圆锥头遇到石块或其它蚀物致使贯入杆无法继续贯入时停止测试。本次数据记录成作废，另外在贯入孔附近40cm范围内另选择一测点进行测试。

（9）测试完毕后将贯入杆从中部连接处拆开，连同标尺及落锤一起放进工具箱内，以备下次使用。

2.2 DCP测试显示

由此，贯入杆在落锤的冲击作用下，逐渐贯入土基内部，显然，土基越坚硬，贯入一定深度的次数就越多，相应的每锤贯入的深度就越小；反之，土基越软，则贯入一定深度的次数就越少，而每锤贯入深度就越大。因此，DCP的测试结果可以反映土基内部的结构性能和压实情况。

DCP可在85cm的深度范围内进行连续测试，一般情况下，DCP测试1个测点只需1~3min的时间，具有快速检测的特点，为此，其测试结果采用贯入度为反映：

DN=？Y/N

DN为贯入度，mm/锤，？Y为从第1锤至1锤的总贯入深度，mm；N为锤击次数。

3、动力圆锥贯入义DCP测试结果对比分析

DCP贯入度与其他指标之间的相关系数均大于0.70，特别是与压实度和弯沉之间的相关系数超过0.80，这说明贯入度与弯沉、静回弹模量、动模量、压实度、干密度及含水量之间均存在着良好的双对数关系。其中，静回弹模量、动模量、压实度及干密度与贯入度呈负相关关系，弯沉和含水量与贯入度呈正相关关系。

因此，表明贯入度可以反映土基的设计指标（回弹模量）及施工指标（压实度和弯沉），故采用DCP评价土基的强度、刚度及压实性能是可行的，上述经验公式可作为DCP评价此类土基的压实性能参考。

3.1测试结论

通过现场选取成型土质路基，分别采用DCP、贝克曼梁、承载板、PFWD及灌砂法等现场测试方法对土基性能进行了对比测试。

回归分析结果显示，DCP贯入度与土基设计指标（静回弹模量和动模量）及施工指标（压实度、干密度、含水量及弯沉）等之间具有良好的相关关系，相关系数均大于0.70，这表明通过现场标定并建立DCP与其他检测指标的相关关系，就可以采用DCP替代传统的检测方法，实现快速检测并评价土基的强度和刚度及压实性能。

4、路基顶面处治深度的分析（举例）

为了解土基顶面的状况，对沪宁高速中紧急停靠带路基95区路基处理前后进行了DCP试验。结果如下：表2

表2 路基DCP试验各层贯入率加权平均值

桩号	贯入深度(mm)	0~20cm贯入率加权 平均值	20~40cm贯入率加权 平均值	40~60cm贯入率加权 平均值	60~80cm贯入率加权 平均值	贯入总量的贯入率加权平均值
K0+280	543	10.56	16.54	17.23		15.344
K0+360	702	30.38	40.31	11.40	7.24	16.07
K0+415	553	51.01	17.08	10.09		17.32
K0+450	670	74.88	29.25	11.01	8.24	16.69
K0+530	740	21.22	63.23	15.15	5.89	12.40
K0+540	724	44.07	98.08	30.74	25.53	38.72
K0+560	850	33.14	92.31	26.68	15.28	27.74
K0+570	805	38.65	41.78	12.00	14.41	19.18
K0+580	764	10.82	29.37	35.25	15.49	20.47

 

 

 

土基顶面绝大部分测点表层以下0-40cm范围内CBR偏低，土层较松软，约占测点数60%，表明这些测点对应的0-40cm范围内土基强度相对较差；土基顶面部分测点表层以下40-60cm范围内CBR偏低，约占总测点数的19%，表明这些测点对应的40-60cm范围内土基强度相对较差；土基顶面60cm以下范围内CBR整体上数值较高；根据测试情况，紧急停靠带铣刨路面结构后，路基处理深度40cm为宜。

5、路基压实质量快速检测评定标准

在测试数据统计分析的基础上，建立了路基压实质量快速检测评定标准。

5.1 NPR（单个测点每层填土贯入度PR加权平均值）计算

测点每层填土贯入率PR加权平均值计算如下：

 

 

 

PR—DCP测试的贯入率，单位mm/锤击次，通常取锤击数值。

NPR—测试土层PR加权平均值。

说明：∑h1应小于抽检压实填土层厚度。

5.2KNPR（检验评定段的NPR代表值）计算

检验评定段的填土NPR（测点每层填土PR加权平均值）代表值为：

 

式中：t0-t分布表中随测点数和保证率而变的系数。对于高速公路路基，保证率取固定值95%；S-检测值的均方差；n-检测点数；

NPR0—检验评定段内各测点NPR的规定值；

NPR—检验评定段内各测点NPR的平均值；

KNPR—检验评定段内各测点NPR的代表值。

6、规范的记录表格（举例）

6.1苏丹的一个项目的记录结果，以此为例：分别为

 

 

 

桩号	贯入深度(mm)	0~20cm贯入率加权 平均值	20~40cm贯入率加权 平均值	40~60cm贯入率加权 平均值	60~80cm贯入率加权 平均值	贯入总量的贯入率加权平均值
K0+280	543	10.56	16.54	17.23		15.344
K0+360	702	30.38	40.31	11.40	7.24	16.07
K0+415	553	51.01	17.08	10.09		17.32
K0+450	670	74.88	29.25	11.01	8.24	16.69
K0+530	740	21.22	63.23	15.15	5.89	12.40
K0+540	724	44.07	98.08	30.74	25.53	38.72
K0+560	850	33.14	92.31	26.68	15.28	27.74
K0+570	805	38.65	41.78	12.00	14.41	19.18
K0+580	764	10.82	29.37	35.25	15.49	20.47