利用夯沉比確定填筑土同一能級下最優(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夯處理的含水量控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 強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，對地基土進行擠密、強力夯實的方法。目前的情況是，強夯實踐發(fā)展快，而強夯機理和設(shè) 計理論仍有許多含混不清之處，理論遠遠落后于實踐，強夯的夯后質(zhì)量控制、施工優(yōu)化等問 題一直備受關(guān)注。
[0003] 我國是世界上山地面積最大的國家，隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，建設(shè)用地將日趨緊 張，為避免與良田爭地，好多場地不得不采用大挖大填，許多城市提出了 "工業(yè)出城、項目上 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夯加固設(shè)計與效果評價的重要參 數(shù)。
[0004] 就目前而言，土的壓實理論、工程實踐與規(guī)范、檢測標準都已相當成熟，現(xiàn)有規(guī)范 中也對于路基的壓實標準有明確規(guī)定：基本上是采用重型擊實試驗確定最大干密度的壓 實度，其中《公路工程技術(shù)標準》《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》均對壓實度和相對密度做了嚴格規(guī) 定。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，填溝造地工程，強夯這一經(jīng)濟、方便、加固效果的施工方法， 飛速發(fā)展，但是對于強夯法施工的壓實標準并沒有明確的規(guī)定。強夯工程質(zhì)量的壓實標準 一般基于擊實試驗進行控制，但是擊實實驗只有輕型、重型之分，所確定的最優(yōu)含水量只有 一種，與能級不匹配。強夯施工中卻需要不同能級的組合，那么強夯施工時不同能級所對應(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，使得強夯所對 應(yīng)的最優(yōu)含水量必然與輕型和重型擊實試驗所確定的最優(yōu)含水量有差異，加固機理和效果 也有一定區(qū)別，那么以輕型或重型擊實試驗作為強夯處理地基壓實度的控制標準顯然都不 準確。
[0005] 現(xiàn)在，加固濕陷性黃土地基時，強夯法對于土體含水量的要求并不明確，借助擊實 試驗確定的含水量又與實際工程存在較大的誤差，至今還沒有成熟嚴密的理論依據(jù)支撐。 但合適的含水量對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)問題是提供一種利用夯沉比確 定同一能級下填筑土的最優(yōu)含水量的方法，提高了施工質(zhì)量，科學(xué)、準確、方便、經(jīng)濟，對實 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 一能級下最優(yōu)含水量的方法，通過同一能級的多種含水量填筑土的夯擊試驗，分別計算多 種含水量填筑土對應(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 比以確定最優(yōu)含水量；
[0008] 每一種含水量對應(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行夯擊試 驗，并通過動態(tài)測試采集儀記錄夯錘每一擊的動態(tài)加速度數(shù)據(jù)，通過積分計算出夯錘行程 數(shù)值S ;
[0010] b)通過水準儀測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] 并通過多次夯擊的夯沉比得出該含水量對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線；
[0014] 通過上述方式得到同一能級的多種含水量填筑土對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線， 并整合至一個曲線圖上進行對比分析，位于最上面的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線對應(yīng)的含水量 即該能級的最優(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景縮尺模型試驗得到，即夯錘的直徑、高 度及夯錘落距均為I :N縮小，利用全場景縮尺模型試驗得到的最優(yōu)含水量與現(xiàn)場的原型試 驗結(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，通過強夯試驗計算單擊夯沉比，從而得到每 種含水量對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線，對同一能級的多種含水量對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉 比曲線對比分析，確定填方土體的最優(yōu)含水量，根據(jù)施工所用能級選擇最優(yōu)含水量，為地基 處理的設(shè)計優(yōu)化提供參考，方法簡單，物理意義明確，計算準確又方便經(jīng)濟。
[0019] 2、現(xiàn)有工程中僅借助擊實試驗確定的最優(yōu)含水量來間接確定強夯工程土體的最 優(yōu)含水量，但是擊實實驗只有輕型、重型之分，且輕型、重型擊實試驗所能確定的最優(yōu)含水 量均只有一種，與能級不匹配。本發(fā)明是以夯錘為研究對象，真正從強夯自身出發(fā)，得到強 夯所對應(yīng)的自身的最優(yōu)含水量，夯沉比確定的最優(yōu)含水量與能級有關(guān)，理論嚴密，可操作性 強。
[0020] 3、強夯加固機理與擊實試驗相似，因此，強夯工程試驗的計算模型可以參照擊實 試驗建立，但是擊實試驗因為有擊實筒的存在，土體周圍是剛性側(cè)限，而強夯點周圍均是土 體，屬于半無限體邊界，側(cè)限不明顯，屬于柔性側(cè)限。本發(fā)明中夯沉比試驗的提出及應(yīng)用，巧 妙地避開了擊實實驗由于側(cè)限不同帶來的誤差，同時也是對擊實實驗在強夯工程應(yīng)用的改 進與補充。
[0021] 4、本發(fā)明得到相應(yīng)能級對應(yīng)的最優(yōu)含水量，可在施工地進行多次試驗得到，也可 在室內(nèi)或室外建立原型的全場景同比縮小模型試驗得出最優(yōu)含水量，使得能耗成本降低。
【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例中夯擊試驗含水量14%的第五擊全程加速度時程曲線。
[0024] 圖2為本發(fā)明實施例中夯擊試驗含水量14%的第五擊加速度起始時間歸零時程 曲線。
[0025] 圖3為本發(fā)明實施例中窮擊試驗含水量14%的第五擊速度時程曲線。
[0026] 圖4為本發(fā)明實施例中窮擊試驗含水量14%的第五擊窮錘位移時程曲線。
[0027] 圖5為本發(fā)明實施例中夯擊試驗含水量14%的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線。
[0028] 圖6為本發(fā)明實施例中夯擊試驗五種含水量對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線組合 對比圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明利用夯沉比確定填筑土同一能級下最優(yōu)含水量的方法，通過同一能級的多 種含水量填筑土的夯擊試驗，分別計算多種含水量填筑土對應(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比以確定最優(yōu)含水量；
[0030] 每一種含水量對應(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行夯擊試 驗，并通過動態(tài)測試采集儀記錄夯錘每一擊的動態(tài)加速度數(shù)據(jù)，通過積分計算出夯錘行程 數(shù)值S ;
[0032] b)通過水準儀測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] 并通過多次夯擊的夯沉比得出該含水量對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線；
[0036] 通過上述方式得到同一能級的多種含水量填筑土對應(yīng)的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線， 并整合至一個曲線圖上進行對比分析，位于最上面的夯擊次數(shù)一夯沉比曲線對應(yīng)的含水量 即該能級的最優(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景縮尺模型試驗得到，即夯錘的直徑、高 度及夯錘落距均為I :N縮小，利用全場景縮尺模型試驗得到的最優(yōu)含水量與現(xiàn)場的原型試 驗結(jié)果完全一致。
[0039] 以下為夯沉比的計算方式：
[0040] 夯沉比
1其中b為測量所得單擊夯沉量，S為通過積分計算出的夯錘行程數(shù) 值；
[0041] 在夯錘的頂部中心安裝加速度傳感器進行夯擊試驗，并通過動態(tài)測試采集儀記錄 夯錘每一擊的動態(tài)加速度數(shù)據(jù)；
[0042] 根據(jù)采集的動態(tài)加速度數(shù)據(jù)得出夯錘每一擊的加速度時程曲線；
[0043] 將上述夯錘的加速度時程曲線中加速度發(fā)生變化的拐點處的時間歸零，作為夯錘 沖擊行程的起點，得到修正后單擊作用下夯錘沖擊行程的加速度時程曲線；
[0044] 以夯錘落地速度為初始條件，作為沖擊時程的開始，將采集到的加速度時程曲線 通過A/D轉(zhuǎn)換得到離散的數(shù)據(jù)；
[0045] 根據(jù)沖擊動力學(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] 為加速度傳感器測試值，δ t為時間積分步長；
[0049] 計算夯錘速度V1，得到夯錘的速度時程曲線；
[0050] 進一步將速度數(shù)據(jù)以數(shù)值積分
[0051]
[0052] 其中V1為上述夯錘速度，δ