堆石体强夯或冲碾填筑的重锤低落距动力检测方法 【技术领域】
发明涉及一种堆石体强夯或冲碾填筑的质量检测及性能评价的方法，属于土木工程技术领域。
背景技术
随着我国经济建设的持续高速发展，越来越多的工程建设选择在地理环境较差的山区丘陵地带，堆石体随之也被广泛的使用。堆石体的压实质量及使用性能直接关系到构造物完工后的使用品质，因此，堆石体质量检测及性能评价是工程的一个重要组成部分。目前，细粒土压实质量的检测与评价，已有一套比较成熟的方法，并已列入有关规范和标准。但堆石体的材质、粒径、颗粒大小分布不均匀以及受试验条件和设备的限制等原因，给压实质量检测带来极大困难。
堆石体强夯填筑质量检测通常采用室内土工试验和原位测试等方法。室内试验方面，主要是通过测定堆石体夯实前后的物理力学指标的变化判定加固效果，常用方法有击实试验、压缩试验、剪切试验等。但由于堆石体材料粒径大、粒度成分显著非均质，室内试验仪器尺寸无法匹配。通常的做法是对现场堆石料进行缩尺，如相似级配法、剔除法、等量替代法等，但有此带来的缩尺效应对堆石体压实特性的影响，至今仍然无法确定，导致室内试验结果评价堆石体压实质量的实用性和有效性目前无法很好地满足工程实践的要求。现场检测主要通过原位试验测定堆石体的承载力、变形模量、回弹模量等指标的变化，常用方法有载荷试验、动力触探试验等。而现场检测方法仍然无法很好的解决堆石体填筑的核心问题——材料粒径大、粒度成分显著非均质。例如载荷试验，普通的直径为30cm、75cm的圆形载荷板已无法反映堆石体整体性状。近年来，载荷板采用尺寸有逐渐增大的趋势，例如在盐田港某试验区的强夯检测中，采用了3.0m×3.0m，甚至4.0m×4.0m的大板载荷试验(左铭麒，1990；丘建金，1995；黄彬，2006)。但加大荷载板面积，反力系统也要相应加大，这就造成检测工作量太大，检测费用也大幅提高。因此，如何根据堆石体的特点，寻求合理的评价指标和简便的检测方法，已成为各种堆石体填筑工程实施中迫切需要解决的问题。
【发明内容】
技术问题：
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测方法。
技术方案：
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测方法，其特征在于包括如下步骤：
1.)确定强夯检测参数，所述强夯检测参数包括夯锤类型、夯锤质量和夯锤落距；
2.)标定测点；
3.)点夯前测点高程测量，得到测点夯前高程；
4.)测点点夯；
5.)点夯后测点高程量测，得到测点夯后高程，测点夯后高程减去测点夯前高程，得到测点点夯冲沉量。
堆石体冲碾填筑重锤低落距动力检测方法，其特征在于包括如下步骤：
a.)确定强夯检测参数，所述强夯检测参数包括夯锤类型、夯锤质量和夯锤落距；
b.)标定测点；
c.)点夯前测点高程测量，得到测点夯前高程；
d.)测点点夯；
e.)点夯后测点高程量测，得到测点夯后高程，测点夯后高程减去测点夯前高程，得到测点点夯冲沉量。
有益效果：
本发明与现有堆石体质量检测方法相比，本发明方法只需测定强夯的冲沉量，简单、快捷且直观、有效，具有大面积道基填筑，检测点可高密度布置的普检特征，检测密度为2～4点/100m2。
【附图说明】
图1：本发明方法流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
针对堆石体道基工程，直接利用强夯起吊设备以及强夯夯锤，将夯锤提到至一定高度后，自由落下提供冲击荷载，测量该冲击荷载作用下堆石体表面冲沉量(冲击作用响应效应值)，在刚性承载板下弹性半空间体模量理论解(参见表达式1)基础上，结合强夯动应力半经验半理论公式——Mayne公式(参见表达式2)得出的夯锤底最大冲击力Pmax，确定堆石体动态弹性模量Ep(参见表达式3)，直接通过堆石体道基设计提出的工程性能主要控制性指标——刚度，判定堆石体使用性能与填筑质量，实现质量检测与性能评价的统一。Ep=2pmaxa(1-μ2)w·π4---(1)]]>
pmax=VSWHB(B+z)2---(2)]]>
Ep=πaVSWHB2βz(B+z)2(1-μ2)---(3)]]>
上述表达式中，Ep为动态弹性模量，MPa；Pmax夯锤下最大平均压力，kPa；w为Pmax对应的夯沉量，数值上等于βz，z为最终夯沉量，β为修正系数，取为1.1；a为夯锤半径，m；μ为泊松比；Vs为地基剪切波波速，若有检测区域的瑞利波波速，则可通过表达式(4)换算得到。若没有，可根据堆石体材料的材质，在180～200m/s范围内选取；W为夯锤质量，t；H为夯锤落距，m；B为锤底等效宽度，为aπ0.5；
Vs=VRηS]]>
ηS=0.87+1.12μ1+μ---(4)]]>
式中，VR为堆石体瑞利波波速；ηs为剪切波修正系数。其余参数意义同上述。
堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法流程为：准备工作，包括调强夯机进场、测量工具准备等工作→强夯检测参数确定，根据现场施工调配，保证夯击能在500～1000kN·m之间时，选定夯锤类型、夯锤质量以及夯锤落距→测点标定，测点应与以后的物理状态、抗力检测点相对应→测点高程测量→检测点点夯→测点高程量测→检测结束，并进行下一点检测。检测流程图参见图1。
堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测时，有两个显著的特点：①是“重锤”，其要求夯锤质量在20～25t之间，另外，夯锤底面积也有一定的要求，宜在4.0～7.0m2之间，以符合一般堆石体材料粒径大、粒度成分显著非均质的基本特点；②是“低落距”，即夯锤落距宜在2.0～5.0m之间。堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法实际使用时，强夯冲沉量量测难免会存在一定的误差，为了减小此类误差对检测成果的影响，夯锤落距应大于2.0m。另外，某工程现场堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法检测成果显示：同一个检测区域，夯锤落距分别为3.0、5.0、7.0、9.0m时，相应的检测成果——动态弹性模量差异很小，落距的增加反而造成了夯击能量的浪费。因此，夯锤落距不宜大于5.0m。堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法可根据分层填筑(检测)厚度，选择重锤低落距冲击检测时的锤重和落距，但应保证动力检测时的夯击能在500～1000KN·m之间。
堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法，其测试深度即落锤自由下落对填料产生的冲击影响深度，是需要考虑的一个重要问题。当落高H一定时，可以根据沿堆石体深度方向锤击能量衰减的程度来确定冲击影响深度。根据分析，锤击能量的大部分(约90％)消耗在6m左右厚的填料层内，因此可认为堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法检测有效深度在6m左右，完全大于堆石体施工中每层填料加固后的厚度，实现了质量检测与性能评价的统一。
实施例
强夯机夯锤重20t，落距3.0m，夯锤底面积4.52m2，夯击能为600kN·m。检测区域沿长度方向7个检测断面应，每个断面沿宽度方向选取“上、中、下”三个检测点，共21个检测点，测点间距(夯锤中心点距离)为8m。每个测点检测流程为：在检测区域用“+”标定测点，并在‘+’符交叉处打入铁钉，检测前后测量时将尺子放在其上→测量测点高程→检测点点夯→测量测点高程→检测结束。
为了反映堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法的有效性，针对上面所述工况，运用大变形非线性显式动力学有限元计算软件LS-DYNA，进行相应的数值模拟，检测结果及模拟结果参见表1。对比结果，可以看出：堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法检测结果与数值模拟结果在同一数量级上，数值模拟的结果较小，这是因为数值模拟时选取地弹性模量参数较实测值小，使得模拟出的夯沉量、最大动应力均偏小。可以认为，堆石体强夯填筑重锤低落距动力检测法有效，可行。
表1