12011年第5期 西部探矿工程
·岩土工程·
水稳层含水率对干密度影响的分析研究
李百灵
＊1
, 王 川2, 3
(1. 韶关市水利水电工程质量检测站, 广东韶关512026; 2. 湖南省国土资源规划院, 湖南长沙410007;
3. 湖南科技大学土木工程学院, 湖南湘潭411201) 摘 要:通过运用灌砂法对乐昌峡水利枢纽工程右岸单车道应急专项工程水稳层进行压实度检测, 分
析比较统计检测数据, 得出水稳层含水率对干密度的相关关系, 并提出水稳层的检测时间对干密度存在影响, 提请有条件的科研机构进行相关的研究探讨。
关键词:水稳层; 含水率; 干密度; 回归分析中图分类号:U416. 2 文献标识码:A 文章编号:1004—5716(2011) 05—0001—03 公路水稳层质量好坏, 压实度是最重要的指标之一, 对水稳层进行充分压实, 才能保证水稳层的强度、整体稳定性, 并保证和延长公路的使用寿命。水稳层现场压实度检测主要检测方法有灌砂法、环刀法、核子法、水袋法等检测方法。根据施工实际情况和业主要求, 在乐昌峡水利枢纽工程右岸单车道应急专项工程上主要运用灌砂法进行水稳层压实度检测。1 工程概况
乐昌峡水利枢纽工程右岸单车道应急专项工程是乐昌峡水利枢纽工程的前期工程, 主体工程施工所用材料的重要运送通道。本工程公路等级为四级公路, 设计速度为20km /h , 单车道, 路面宽4. 5m , 其路基宽为5. 5m 。间隔一定距离, 地形条件符合的地方, 则设一错车道, 路面宽5. 5m , 其路基宽为6. 5m 。汽车荷载等级:按公路等级采用公路Ⅱ级。右岸单车道公路的路线走向从右岸滑石排上游的导流洞出口附近(起点) ※沿右岸现有简易乡村道路※与梅乐公路交叉口(终点) 。路面面层为水泥混凝土厚25cm , 水稳层为6%水泥稳定碎石厚20cm , 底基层为填隙碎石厚20cm 。根据该公路水稳层的实际情况和业主方面要求, 检测按照100m 水稳层一个点。2 灌砂法检测情况介绍
根据该工程的实际情况(水稳层厚20cm , 重型击实试验报告集料粒径最大小于20mm ) , 现场检测所用灌砂筒底中心有一个圆孔, 下部装一倒置的圆锥形漏斗, 漏斗上端开口, 直径与储砂筒的圆孔相同。漏斗焊接在一块铁板上, 铁板中心有一圆孔与漏斗上开口相接。储
＊收稿日期:2010-06-02 修回日期:2010-07-19
第一作者简介:李百灵(1983-) , 男(汉族) , 广东韶关人, 助理工程师, 现从事水利水电工程质量检测工作。
砂筒筒底与漏斗之间设有开关。检测所用仪器包括基板, 玻璃板, 试样盘, 天平, 含水量测定器具, 量砂、盛砂的容器及其他。检测前灌砂筒下锥型漏斗已标定, 量砂密度已测定。
2. 1 现场灌砂检测步骤
(1) 在试验地点, 选一块平坦路面, 并将其清扫干净, 将基板放在平坦表面上, 按照基板孔直径大小凿孔。在凿洞过程中, 用20m m 圆孔筛筛出大于20mm 的集料, 并称量小于20mm 集料的质量m 1, 立即将小于20m m 的材料(大于2000g ) 装入塑料袋中, 不使水分蒸发。
(2) 将筛出大于20mm 的集料放入孔中, 并将盛有量砂的灌砂筒(和标定锥形漏斗质量相同m 2) 放在基板中间的圆孔上, 将灌砂筒的开关打开, 让砂流入基板的孔内, 直到储砂筒内的砂不再下流时迅速关闭开关。取下灌砂筒, 并称量筒内砂的质量m 3。
(3) 将塑料袋中的集料称量m 4, 烘干后称量m 5, 等到集料含水量w 。则水稳层干密度表示为:
154
ρ·
m 2-m 3-m 锥m 5砂
2. 2 现场灌砂检测结果
检测数据经过筛选, 剔除异常点, 限于篇幅, 只列出部分数据, 详见表1。灌沙法散点如图1所示。3 回归工程法3. 1 回归方程确定
2 西部探矿工程 2011年第5期
表1 现场灌砂检测数据表(部分)
桩号K 13+530K4+460K9+690K 11+500K 15+700K6+310K6+409K 14+210K 12+245K 12+700K 12+730K 14+410K5+890K 12+470K4+050
含水率(%) 4. 322. 746. 364. 603. 973. 942. 453. 302. 922. 722. 042. 844. 024. 813. 80
干密度
3
n
(g /cm )
2. 36K 11+0502. 522. 322. 352. 412. 502. 432. 502. 562. 492. 582. 582. 432. 292. 50
K 6+394
K 1+500K 1+650K 4+175K 5+502K 12+880K 3+900K 15+180K 8+500K 6+150K 9+040K 6+310K 3+807K 3+780
桩号
含水率(%) 5. 013. 945. 534. 995. 423. 654. 854. 604. 383. 126. 414. 603. 943. 263. 73
干密度(g /cm )
2. 30
3
L XX =∑(x i -x ) L yy =∑(y i -y ) i =1i =1
n
2
n
2
L xy =∑(x i (y i r i =1
xy
xx yy
2. 502. 292. 302. 312. 482. 292. 292. 312. 442. 312. 332. 502. 562.
52
根据现场所检测的数据和上面计算求解过程, 求
得:
x =0. 04146 y =2. 39 L xx =0. 00336 L yy =0. 307 L xy =-0. 27475 b =-8. 178 a =2. 7242 r =-0. 856
由上面所求得数值得该工程水稳层干密度y 和含水率x 的关系方程为:
y =2. 7242-8. 178x 3. 2 回归方程显著性检验
由样本资料所求得的回归方程是否成立, 即总体Y 与X 间的直线关系是否存在, 需要进行假设检验。检验方法有方差分析和t 检验。本文用方差分析检验回归方程的显著性:
对上面所求的回归方程检验步骤如下:H 0∶β=0水稳层干密度与含水率存在相关关系。H 1∶β≠0水稳层与含水率不存在相关关系。α=0. 05
i =1
2∑(y ) =∑(y +∑ (y - y ) i =1i =1n
2
n
2
n
图1 灌砂法散点图
即:
SS 总=SS 回归+SS 剩余
而:SS 总=L yy SS 回归=b ·L xy 其中 y 为估计值, 则有:
SS 剩余=S S 总-SS 回归=L yy -b ·L xy V 总=n -1V 回归=1
V 剩余=V 总-V 回归=n -2则:
回归回归
F SS 剩余/V 剩余
按照F 值查F 界值表得P 。按照上面公式计算得:
SS 总=L yy =0. 307SS 回归=b ·L xy =0. 22468SS 剩余=S S 总-SS 回归=L yy -b ·L xy =0. 307-0. 22468=0. 08233
V 总=n -1=55-1=54V 回归=1
V 剩余=V 总-V 回归=n -2=53
根据该工程的特点, 并根据散点图的情况, 选定呈正态分布的自变量水稳层含水率x 为自变量, 水稳层干密度y 为因变量。由此建立一元回归方程为:
y =α+bx α、b 是两个待定常数, 下面根据实测(x , y ) 值运用最小二乘法(least square method ) 原理计算a 、b 的过程求回归方程的过程。
2
W =∑(y i - y ) =∑[y i -(α+bx i ) ]2
i =1i =1
n
n
w
=0 b
W 值要达到最小, 解得:
w
=0 α
n
∑(x i (y i xy
b n
2L xx
∑(x i i =1
i =1
α-b n n
∑而x i ∑x i y y i
n =1n i =1
(下转第5页)
52011年第5期 西部探矿工程 4. 3 处理A38坍孔事故
A38坍孔事故发生在终孔后提钻过程中, 由于钻头刮破急性漏浆区孔壁泥皮, 造成孔口水位急剧下降而来不及补充, 导致坍孔事故, 所幸钻具未埋。事故发生第二天即用较干的黄粘土回填至孔口, 分期分批补充至孔口不再陷落为止, 然后将该孔周边桩先施工, 四个月后再施工该桩, 结果在施工过程未出现急性漏浆现象。本处理方法原理:回填粘土确保不再坍孔, 并且不影响周边桩孔施工, 通过先施工周边桩孔, 其泥浆必然渗透至A38孔附近, 从而减小了A38桩孔卵石层的储浆空间, 改变了地层漏浆必要条件之一。5 几点体会
在卵石层钻进过程中出现漏浆现象较为普遍, 但有时出现突然漏浆且无法控制漏浆速度, 往往会导致质量事故与安全事故发生, 为此, 通过本工程实践, 有几点深刻体会:
(1) 在施工前认真研究场地勘察资料, 详细了解地质钻探过程中泥浆渗漏情况, 并事前编写好施工组织方案与相关应急预案。
(2) 急性漏浆发生时, 经常伴随着坍孔事故及地面沉陷现象, 严重时导致钻机倾倒而发生安全事故, 因此,
对于有可能发生急性漏浆的钻孔, 对钻机底下的地基应予以加固。
(3) 孔口钢护筒埋设深度加深至5～6m , 成孔顺序宜先外后内, 以防止桩孔周边地表沉陷。
(4) 对已发生坍孔事故的钻孔, 立即采用比重较大的粘土分批分次回填至孔口, 待其稳定后再处理, 处理方法原理是改变地层渗透性与储浆空间。
(5) 根据现场施工经验, 卵石层急性漏浆现象往往发生在工程施工前期, 一般来说, 在工程完成1/4～1/3时, 急性漏浆现象会消失或漏浆量与速度在可控范围内, 故应做好前期预防急性漏浆工作尤为重要。
参考文献:[1] 李世忠. 钻探工艺学[M ]. 北京:地质出版社, 1992. [2] 张春光, 等. 聚丙烯酰胺泥浆的成分和性能研究[M ]. 北
京:地质出版社, 1981. [3] 王文明, 等. 东海大桥主墩大直径钻孔灌注桩钻头设计[J ]. 探矿工程(岩土钻掘工程) , 2004, 31(12) :30-31. [4] 中华人民共和国行业标准. JG J94-2008建筑桩基技术规范[S ].
(上接第2页)
回归回归
F SS 剩余/V 剩余=2. 678
查F 界值表得:F =1. 59
水稳层的含水率对干密度存在影响, 水稳层含水量会随时间的增加而减小, 而在《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008) 规范中并没有相关规定, 因此检测过程中必须注意。笔者认为有条件的科研机构可对水稳层的上述时间问题进行相关的分析研究。当然也不排除笔者本人因该方法操作比较简单, 实际却不太好把握而引起误差的影响。
参考文献:[1] 和松. JT G E60-2008路基路面现场测试规程[S ]. 人民交通出版社, 2008. [2] 盛骤. 数理统计与概率论[M ]. 3版. 高等教育出版社,
2007.
Analysis on the Dry Density Affected by the Moisture C ontent of Cement Sta bilized Base
L I Bai -ling 1, WA N G Chuan 2, 3
(1. Quality Detection S tation of Water and H y dropow er Engi -neering of Shaoguan , S haoguan Guangdong 512026, China ; 2. Hunan Planning I nstitute of L and and Resources , Changsha Hunan 410007, China ; 3. School of Civil Engineering , Hunan Science and T echnology University , X iangtan Hunan 411201, China )
Abstract :To make a compactne ss de tectio n fo r the cement stabi -lized base of the sing le lane in the right bank o f emerg ency special project in Lechang go rg e w ater co nserv ancy hub pr oject by sand replacement me tho d , to w o rk o ut the co rre latio n between the moisture content of cement stabilized base and dry density by sta -tistical a nalysis on the detected data , and point o ut the detected time have influence o n the dry density of ceme nt stabilized base . Submit the useful informa tion to the research institute s for fur -the r research .
Key words :cement stabilized ba se ; moisture co ntent ; dr y densi -ty ; reg ression ana ly sis
12011年第5期 西部探矿工程
·岩土工程·
水稳层含水率对干密度影响的分析研究
李百灵
＊1
, 王 川2, 3
(1. 韶关市水利水电工程质量检测站, 广东韶关512026; 2. 湖南省国土资源规划院, 湖南长沙410007;
3. 湖南科技大学土木工程学院, 湖南湘潭411201) 摘 要:通过运用灌砂法对乐昌峡水利枢纽工程右岸单车道应急专项工程水稳层进行压实度检测, 分
析比较统计检测数据, 得出水稳层含水率对干密度的相关关系, 并提出水稳层的检测时间对干密度存在影响, 提请有条件的科研机构进行相关的研究探讨。
关键词:水稳层; 含水率; 干密度; 回归分析中图分类号:U416. 2 文献标识码:A 文章编号:1004—5716(2011) 05—0001—03 公路水稳层质量好坏, 压实度是最重要的指标之一, 对水稳层进行充分压实, 才能保证水稳层的强度、整体稳定性, 并保证和延长公路的使用寿命。水稳层现场压实度检测主要检测方法有灌砂法、环刀法、核子法、水袋法等检测方法。根据施工实际情况和业主要求, 在乐昌峡水利枢纽工程右岸单车道应急专项工程上主要运用灌砂法进行水稳层压实度检测。1 工程概况
乐昌峡水利枢纽工程右岸单车道应急专项工程是乐昌峡水利枢纽工程的前期工程, 主体工程施工所用材料的重要运送通道。本工程公路等级为四级公路, 设计速度为20km /h , 单车道, 路面宽4. 5m , 其路基宽为5. 5m 。间隔一定距离, 地形条件符合的地方, 则设一错车道, 路面宽5. 5m , 其路基宽为6. 5m 。汽车荷载等级:按公路等级采用公路Ⅱ级。右岸单车道公路的路线走向从右岸滑石排上游的导流洞出口附近(起点) ※沿右岸现有简易乡村道路※与梅乐公路交叉口(终点) 。路面面层为水泥混凝土厚25cm , 水稳层为6%水泥稳定碎石厚20cm , 底基层为填隙碎石厚20cm 。根据该公路水稳层的实际情况和业主方面要求, 检测按照100m 水稳层一个点。2 灌砂法检测情况介绍
根据该工程的实际情况(水稳层厚20cm , 重型击实试验报告集料粒径最大小于20mm ) , 现场检测所用灌砂筒底中心有一个圆孔, 下部装一倒置的圆锥形漏斗, 漏斗上端开口, 直径与储砂筒的圆孔相同。漏斗焊接在一块铁板上, 铁板中心有一圆孔与漏斗上开口相接。储
＊收稿日期:2010-06-02 修回日期:2010-07-19
第一作者简介:李百灵(1983-) , 男(汉族) , 广东韶关人, 助理工程师, 现从事水利水电工程质量检测工作。
砂筒筒底与漏斗之间设有开关。检测所用仪器包括基板, 玻璃板, 试样盘, 天平, 含水量测定器具, 量砂、盛砂的容器及其他。检测前灌砂筒下锥型漏斗已标定, 量砂密度已测定。
2. 1 现场灌砂检测步骤
(1) 在试验地点, 选一块平坦路面, 并将其清扫干净, 将基板放在平坦表面上, 按照基板孔直径大小凿孔。在凿洞过程中, 用20m m 圆孔筛筛出大于20mm 的集料, 并称量小于20mm 集料的质量m 1, 立即将小于20m m 的材料(大于2000g ) 装入塑料袋中, 不使水分蒸发。
(2) 将筛出大于20mm 的集料放入孔中, 并将盛有量砂的灌砂筒(和标定锥形漏斗质量相同m 2) 放在基板中间的圆孔上, 将灌砂筒的开关打开, 让砂流入基板的孔内, 直到储砂筒内的砂不再下流时迅速关闭开关。取下灌砂筒, 并称量筒内砂的质量m 3。
(3) 将塑料袋中的集料称量m 4, 烘干后称量m 5, 等到集料含水量w 。则水稳层干密度表示为:
154
ρ·
m 2-m 3-m 锥m 5砂
2. 2 现场灌砂检测结果
检测数据经过筛选, 剔除异常点, 限于篇幅, 只列出部分数据, 详见表1。灌沙法散点如图1所示。3 回归工程法3. 1 回归方程确定
2 西部探矿工程 2011年第5期
表1 现场灌砂检测数据表(部分)
桩号K 13+530K4+460K9+690K 11+500K 15+700K6+310K6+409K 14+210K 12+245K 12+700K 12+730K 14+410K5+890K 12+470K4+050
含水率(%) 4. 322. 746. 364. 603. 973. 942. 453. 302. 922. 722. 042. 844. 024. 813. 80
干密度
3
n
(g /cm )
2. 36K 11+0502. 522. 322. 352. 412. 502. 432. 502. 562. 492. 582. 582. 432. 292. 50
K 6+394
K 1+500K 1+650K 4+175K 5+502K 12+880K 3+900K 15+180K 8+500K 6+150K 9+040K 6+310K 3+807K 3+780
桩号
含水率(%) 5. 013. 945. 534. 995. 423. 654. 854. 604. 383. 126. 414. 603. 943. 263. 73
干密度(g /cm )
2. 30
3
L XX =∑(x i -x ) L yy =∑(y i -y ) i =1i =1
n
2
n
2
L xy =∑(x i (y i r i =1
xy
xx yy
2. 502. 292. 302. 312. 482. 292. 292. 312. 442. 312. 332. 502. 562.
52
根据现场所检测的数据和上面计算求解过程, 求
得:
x =0. 04146 y =2. 39 L xx =0. 00336 L yy =0. 307 L xy =-0. 27475 b =-8. 178 a =2. 7242 r =-0. 856
由上面所求得数值得该工程水稳层干密度y 和含水率x 的关系方程为:
y =2. 7242-8. 178x 3. 2 回归方程显著性检验
由样本资料所求得的回归方程是否成立, 即总体Y 与X 间的直线关系是否存在, 需要进行假设检验。检验方法有方差分析和t 检验。本文用方差分析检验回归方程的显著性:
对上面所求的回归方程检验步骤如下:H 0∶β=0水稳层干密度与含水率存在相关关系。H 1∶β≠0水稳层与含水率不存在相关关系。α=0. 05
i =1
2∑(y ) =∑(y +∑ (y - y ) i =1i =1n
2
n
2
n
图1 灌砂法散点图
即:
SS 总=SS 回归+SS 剩余
而:SS 总=L yy SS 回归=b ·L xy 其中 y 为估计值, 则有:
SS 剩余=S S 总-SS 回归=L yy -b ·L xy V 总=n -1V 回归=1
V 剩余=V 总-V 回归=n -2则:
回归回归
F SS 剩余/V 剩余
按照F 值查F 界值表得P 。按照上面公式计算得:
SS 总=L yy =0. 307SS 回归=b ·L xy =0. 22468SS 剩余=S S 总-SS 回归=L yy -b ·L xy =0. 307-0. 22468=0. 08233
V 总=n -1=55-1=54V 回归=1
V 剩余=V 总-V 回归=n -2=53
根据该工程的特点, 并根据散点图的情况, 选定呈正态分布的自变量水稳层含水率x 为自变量, 水稳层干密度y 为因变量。由此建立一元回归方程为:
y =α+bx α、b 是两个待定常数, 下面根据实测(x , y ) 值运用最小二乘法(least square method ) 原理计算a 、b 的过程求回归方程的过程。
2
W =∑(y i - y ) =∑[y i -(α+bx i ) ]2
i =1i =1
n
n
w
=0 b
W 值要达到最小, 解得:
w
=0 α
n
∑(x i (y i xy
b n
2L xx
∑(x i i =1
i =1
α-b n n
∑而x i ∑x i y y i
n =1n i =1
(下转第5页)
52011年第5期 西部探矿工程 4. 3 处理A38坍孔事故
A38坍孔事故发生在终孔后提钻过程中, 由于钻头刮破急性漏浆区孔壁泥皮, 造成孔口水位急剧下降而来不及补充, 导致坍孔事故, 所幸钻具未埋。事故发生第二天即用较干的黄粘土回填至孔口, 分期分批补充至孔口不再陷落为止, 然后将该孔周边桩先施工, 四个月后再施工该桩, 结果在施工过程未出现急性漏浆现象。本处理方法原理:回填粘土确保不再坍孔, 并且不影响周边桩孔施工, 通过先施工周边桩孔, 其泥浆必然渗透至A38孔附近, 从而减小了A38桩孔卵石层的储浆空间, 改变了地层漏浆必要条件之一。5 几点体会
在卵石层钻进过程中出现漏浆现象较为普遍, 但有时出现突然漏浆且无法控制漏浆速度, 往往会导致质量事故与安全事故发生, 为此, 通过本工程实践, 有几点深刻体会:
(1) 在施工前认真研究场地勘察资料, 详细了解地质钻探过程中泥浆渗漏情况, 并事前编写好施工组织方案与相关应急预案。
(2) 急性漏浆发生时, 经常伴随着坍孔事故及地面沉陷现象, 严重时导致钻机倾倒而发生安全事故, 因此,
对于有可能发生急性漏浆的钻孔, 对钻机底下的地基应予以加固。
(3) 孔口钢护筒埋设深度加深至5～6m , 成孔顺序宜先外后内, 以防止桩孔周边地表沉陷。
(4) 对已发生坍孔事故的钻孔, 立即采用比重较大的粘土分批分次回填至孔口, 待其稳定后再处理, 处理方法原理是改变地层渗透性与储浆空间。
(5) 根据现场施工经验, 卵石层急性漏浆现象往往发生在工程施工前期, 一般来说, 在工程完成1/4～1/3时, 急性漏浆现象会消失或漏浆量与速度在可控范围内, 故应做好前期预防急性漏浆工作尤为重要。
参考文献:[1] 李世忠. 钻探工艺学[M ]. 北京:地质出版社, 1992. [2] 张春光, 等. 聚丙烯酰胺泥浆的成分和性能研究[M ]. 北
京:地质出版社, 1981. [3] 王文明, 等. 东海大桥主墩大直径钻孔灌注桩钻头设计[J ]. 探矿工程(岩土钻掘工程) , 2004, 31(12) :30-31. [4] 中华人民共和国行业标准. JG J94-2008建筑桩基技术规范[S ].
(上接第2页)
回归回归
F SS 剩余/V 剩余=2. 678
查F 界值表得:F =1. 59
水稳层的含水率对干密度存在影响, 水稳层含水量会随时间的增加而减小, 而在《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008) 规范中并没有相关规定, 因此检测过程中必须注意。笔者认为有条件的科研机构可对水稳层的上述时间问题进行相关的分析研究。当然也不排除笔者本人因该方法操作比较简单, 实际却不太好把握而引起误差的影响。
参考文献:[1] 和松. JT G E60-2008路基路面现场测试规程[S ]. 人民交通出版社, 2008. [2] 盛骤. 数理统计与概率论[M ]. 3版. 高等教育出版社,
2007.
Analysis on the Dry Density Affected by the Moisture C ontent of Cement Sta bilized Base
L I Bai -ling 1, WA N G Chuan 2, 3
(1. Quality Detection S tation of Water and H y dropow er Engi -neering of Shaoguan , S haoguan Guangdong 512026, China ; 2. Hunan Planning I nstitute of L and and Resources , Changsha Hunan 410007, China ; 3. School of Civil Engineering , Hunan Science and T echnology University , X iangtan Hunan 411201, China )
Abstract :To make a compactne ss de tectio n fo r the cement stabi -lized base of the sing le lane in the right bank o f emerg ency special project in Lechang go rg e w ater co nserv ancy hub pr oject by sand replacement me tho d , to w o rk o ut the co rre latio n between the moisture content of cement stabilized base and dry density by sta -tistical a nalysis on the detected data , and point o ut the detected time have influence o n the dry density of ceme nt stabilized base . Submit the useful informa tion to the research institute s for fur -the r research .
Key words :cement stabilized ba se ; moisture co ntent ; dr y densi -ty ; reg ression ana ly sis