动力锥贯入仪 DCP 在路基工程中的应用研究

动力锥贯入仪 DCP 在路基工程中的应用研究

通过现场 大量的动力锥贯入仪 （DCP） 试验和数据分析，对 DCP 在路基拼接中的应用进行了研究，研究结果对于老路边坡 削坡厚度、开挖台阶尺寸的确定、老路硬路肩下的软弱路床判定、路基拼接部位的压实质量快速判断有良好的指 导意义。

关键词：路基拼接；动力锥贯入仪；路基台阶；承载能力；压实度

1  前言

近年来由于交通量的快速增长，国内早期建设的四车道高速公路已不能满足交通需求，面临着高速公路的 改扩建任务。沪宁高速公路江苏段是江苏省一条高速 公路，也是江苏省一条成功完成八车道扩建的高速公 路。本文以沪宁高速公路扩建工程为依托，研究和探讨 动力锥贯入仪 （DCP） 在路基拼接中的应用。与新建高速公路相比，高速公路扩建工程中路基拼 接设计与施工有其特殊性和技术难点。主要体现在： （1） 老路边坡防护拆除后，在老路边坡一定深度内的表 层土压实度不足、含水量大、松散等，需要在边坡一定 深度范围内进行清表处理。如何快速确定老路边坡合理 的削坡厚度是扩建面临的问题之一； （2） 老路拼接中， 开挖台阶的设计关键是台阶高度与宽度的确定。如何根 据现状与需要，综合确定台阶设计方案是一个难题； （3） 扩建工程不中断交通，需要尽可能提高施工效率， 以缩短工期，将施工对交通营运的影响降至低。在工 期紧、质量要求高的情况下，如何快速检验路基拼接部 位的压实质量是提高施工效率的关键； (4) 老路的硬路 肩位置是新建八车道高速公路的第三车道，按照八车道 沪宁高速公路的交通管理要求，一、二车道为客车 道，第三、四车道为卡车和客车道。因此，第三车道行 驶的卡车居多。同时，施工时铣刨和打开老路硬路肩后 发现，老路硬路肩下的路床普遍存在含水量偏大、松散 软弱等现象，为保证工程质量，需要进行老路硬路肩下 的软弱路床加固。现场快速判定老路硬路肩下的路床承

载能力，以确定是否需要路床加固，也是路基拼接施工的关键之一。为解决以上问题，利用动力锥贯入仪 （DCP） 的优点，在沪宁高速扩建工程中进行了大量的现场 DCP 试验和对比检测，对其在高速公路路基拼接设计及检测方面的应用进行了实践和探索，试验成果可对路基拼接的设计及施工起到一定的指导作用。

2  DCP 的原理与分析方法

2.1  DCP 的原理

动力锥贯入仪 （DCP） 属小型轻便地基土原位测试 的触探仪，其锤重 8kg 和 4.6kg，落距 575mm，贯入杆 长 1000mm，圆锥头直径 20mm，锥尖为 60 度，贯入杆 旁连接 1000mm 的读尺，直接读记每击一次的贯入值。 这种原位测试的 DCP 贯入仪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。其每锤击一次的贯入 值 （mm） 已经与土的弹性模量、加州承载比、无侧限 抗压强度建立了关系式，在南非已将贯入值作为路面设

计的参数^[1]。通过标准贯入，动力锥贯入仪 （DCP） 可用于判定路基、白灰土底基层或无粘结粒料基层、底基层的不同深度的承载能力及整体承载能力，评价指标可以是 CBR值或回弹模量 （根据 AASHTO 公式转换）。该设备的优点是快速、简便、不受场地限制，适合于施工现场测试或老路路基承载力评价。

2.2  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^[2]

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。

2.3  DCP 测试步骤DCP 现场测试需要人员 2～3 名。测试步骤如下： （1） 测试人员在现场选定试验地点，如在台阶顶面处。

（2） 将圆锥头连接到安装好的动力锥贯入仪杆上；将圆锥头对准要检测的土表面，同时确保贯入杆竖直。

（3） 在贯入杆旁边放好标尺，标尺需平行于贯入杆。由一人扶好贯入杆，另一人举起重锤，随后松手放下重锤。

公路交通科技  应用技术版

（4） 重锤砸下后，记录单次贯入深度超过 5mm 后的锤击次数及杆身贯入深度；如果单次锤击贯入深度小于 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。

（5） 至贯入深度达到要求 （贯入深度达到或稍超过需判断承载能力层层厚） 后，取出贯入杆，结束测试。圆锥头可留在土基中，一次性使用。

3  DCP 方法确定老路边坡削坡厚度

为确定老路边坡土合理的削坡厚度，在沪宁高速公路部分路段边坡侧面进行了 DCP 试验，试验结果如表 1

和图 2 所示。

DCP 数据分析结果表明：

（1） 老路边坡表层 20cm 左右 CBR 值较低，以下CBR 值迅速增长，故需要清除边坡表层 20cm 范围的填

土；同时考 虑 到 部 分 路 段 边 坡 防 护 圬 工 厚 度 通 常 为25cm，因此清表厚度建议为 30cm。

（2） 测试段落内老路边坡 60cm 内 （含表土） 总平均 CBR 值达到 12.19，许多测点仅贯入 30cm 后就难以继续贯入，表明边坡部位承载能力总体情况尚好，清表后开挖台阶即可。

4  DCP 方法确定台阶开挖高度

台阶开挖是目前高速公路扩建工程路基拼接普遍采用的方式，其高度和宽度由路基填料类型、路基承载能力等因素确定。为确定合理的台阶开挖高度，在保证清除压实不足的填土前提下，大限度地利用老路基，试验段进行了开挖不同高度台阶的 DCP 试验。试验段老路边坡开挖三级台阶，台阶示意图及 DCP 测试结果如

表 2 和图 3 所示。

116  2009 年 02 期(总第 50 期)

公路交通科技（1） 老路硬路肩下的路床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，表明这些测点对应的 0～40cm 范围内土基强度相对较差，对应点的

路基承载板试验也验证了这一结论，路基回弹模量偏

低，数值在 36Mpa 左右。（2） 硬路肩下的路床顶面个别测点表层以下 40～60cm 范围内 CBR 偏低，表明个别测点对应的 40～60cm

范围内土基强度相对较差。

（3） 硬路肩下的路床顶面 60cm 以下范围 CBR 整体较高，表明 60cm 以下路基强度较好。

（4） 根据以上测试情况，建议老路硬路肩路面铣刨后，路床处理深度为 40cm，路床软弱的局部段落可根据开挖后的情况加大软弱路床处理深度，达到路床加固的目的。