落球检测技术及其在道路工程方面的应用研究.pdfVIP

第四篇原位土工试验及测试技术 ．329． 落球检测技术及其在道路工程方面的应用 黄 新 郭 晔 (北京航空航天大学土木IT_程系，北京100083) 摘要：本文介绍了一种新型的土质材料特性快速检测技术——G—STAB系统(简称落球检测技术)， 该技术以Hertz冲击理论为基础，通过测定落球与地基的接触时间，自动解析软件即可算出测试对象的 变形模量、地基系数、最大压缩量等指标。大量的室内土槽试验和现场实测充分证实该方法的测试精 度，以及与平板载荷试验结果的良好对应关系，并且能够有效地指导填土过程中材料级配、含水量和碾 压次数的优化。落球检测技术具有快速有效、费用低廉的特点，能够很好地满足道路工程填土施工质量 的全面和实时控制。 关键词：落球检测技术；Hertz冲击理论；变形模量；道路工程 1前言 在道路填土工程与路基工程施工中，对碾压质量等进行严格有效的质量管理是保证道路质量 的重要环节…。目前我国使用的检测技术和设备费时费力，取样率很低，检测结果不能准确地反映 道路施工的整体质量。另一方面，施工质量的管理不仅仅是交工验收时的质量检测，更重要的是施 工过程中的质量控制。由于缺少快速有效、费用低廉的检测技术，很难实现对施工过程的实时检 测。为有效解决大面积施工现场的施工质量过程控制，开发快速有效的检测技术是保证道路工程 施工质量亟待解决的重要课题。 由日本株式会社七y卜乡，L／技研(东京)开发的土质材料特性快速检测系统G—STAB(简称落 球检测技术)能快速、精确地检测出各类土质材料(黏土、粉砂、砂质土、砂砾、改良土等)的变形性能 等力学特性，且该技术的测试作业非常简单，仅使球体落下即可，解析计算全都是自动进行，工作效 率极高(一点数秒左右)。因此，少数人就可管理大面积的施工现场，对道路路基填土、改良土等的 施工质量实施有效的实时检查与控制。 该技术在日本被道路、环境部门和电力公司等机构广泛采用。在中国，四川升拓检测有限责任 公司已获得与该技术有关的全部权利，并开始生产该技术的相关设备。 、2落球检测技术基本原理 落球检测技术的设备构成见图1，现场测试操作十分简单，由图2可以看到将落球由一定高度 自由下落，附着在落球顶端的加速度传感器会自动采集球体与地基材料的接触信息，并通过特定的 数据解析软件获取该落点土质的力学性能。 该技术以Hertz冲击理论为基础，由式(1)可以看到通过测定球体(均质弹性体)落下时与地基 材料的接触时间，即可求得地基材料的变形模量，而且地基材料越坚固，接触的时间越短[2]，见 图3。 t“53[等]∽ ㈩ 本文资料、数据由H本株式会社七7 p多，L，技研(东京)和四川升拓检测有限责任公司提供。 ·330· 土工测试技术实践与发展 图1检测系统示意图 图2落球检测现场 式中：rc为接触时间，s；rn，为球体质量，kg；R。为球半径， 接触时间 m；铆。为球体和地基接触的瞬间速度，m／s，掣。=~／29H，其 卜”———叫 中H为球的下落高度，m；艿=(1一岸2)／E丌，下标1为球，2 ‘ 为地基；E为变形模量，N／m2；肛为泊松比。 V 地基材料压缩时的泊松比大致为0．2(砂质土)--0．45 (黏性土)，这时6的变化大约是15％。因此，对同一种土 预先输入特定的泊松比，即可以忽略其对接触时间的影响。 图3 Hertz冲击理论示意 Hertz冲击理论以弹性体为对象，考虑到地基材料的 特性，本技术进行了相应的修正。 根据用上述公式得到的变形模量，可以进一步换算出