CN115343201A - 一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，涉及填石路基检测领域，于测点位置布置环套，环套底部底面贴合路拱路面，环套顶部开口高于待开挖试坑的最高点，计算环套内部容积；开挖与环套开口半径相等且同轴分布的半球形试坑，沿试坑内壁和环套内壁铺设薄膜，形成容腔；向容腔内灌水直至水即将从环套顶部开口溢出，并记录灌水的体积记作容腔体积；通过环套内部容积和容腔容积计算试坑容积，结合开挖集料的参数，计算集料间隙率；针对目前带路拱填石路基试坑容积不易测算的问题，设置异形结构的环套对接试坑形成容腔，分别计算环套内部容积和容腔容积，无需对路基进行整平实现对试坑容积的测算，提高填石路基间隙率的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及填石路基检测领域，具体涉及一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法。
背景技术
公路路基施工过程中，需要对填石路基间隙率进行检测，在工程实践中，填石路基常采用灌水法检测，检测工具包括一中间设有圆孔的基板，在路基上的测点挖坑，将基板置于试坑上方，圆孔对准试坑，并采用水准仪调平，将水袋由基板中间圆孔放入试坑中，向水袋内灌水至充满试坑，测量水的体积从而得到试坑的体积，再根据试坑内挖出集料的重量，计算出路基土的间隙率。
但目前的灌水法检测多针对平面路基，而对于带路拱的填石路基采用灌水法时，仍需要对带路拱的填石路基测点处进行整平后操作，但整平过程引入了新的误差；路拱面为与水平面呈夹角的倾斜面，若是直接进行灌水法检测，摆放的基板放置于路拱面后呈倾斜状态，灌水后的水面始终与基板圆孔保持夹角而无法重合，即水面保持与试坑开口最低点平齐，无法使水面上升到试坑开口最高点，导致使水面与试坑开口整体平齐，试坑内水体始终无法完全充满试坑，灌入试坑内的水量与实际试坑的体积不对应，导致水面与基板圆孔平面之间的体积无法获取，难以准确计算带路拱填石路基的间隙率。虽然能够对填石路基的路拱面进行找平后进行检测，但在找平过程中填充或挖除碎石增大了试验误差，由于存在路拱，碎石颗粒又有大小差异，整平势必会对原经压实已平整的路基表层带来新的凹坑，反而增加了新的不平整，既人为地增大了试验误差，又明显降低了测试效率，无形中增加了试验成本；在利用水袋测定试坑体积时，水袋在水压力作用下向试坑内坑壁上的凹槽贴合，导致水袋向试坑范围外扩展、凸出，测试的试坑体积与实际体积存在误差，由此产生的系统性误差难以测取和评定，影响了结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，设置异形结构的环套对接试坑形成容腔，环套布置在路拱路面后，顶部开口与水平面平齐，分别计算环套内部容积和容腔容积，无需对路基进行整平实现对试坑容积的测算，提高填石路基间隙率的准确性。
一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，采用以下方案：
包括：
于测点位置布置环套，环套底部底面贴合路拱路面，环套顶部开口高于待开挖试坑的最高点，计算环套内部容积；
开挖与环套开口半径相等且同轴分布的半球形试坑，沿试坑内壁和环套内壁铺设薄膜，形成容腔；
向容腔内灌水直至水即将从环套顶部开口溢出，并记录灌水的体积记作容腔体积；
通过环套内部容积和容腔容积计算试坑容积，结合开挖集料的参数，计算集料间隙率。
进一步地，依据需要开挖的试坑半径确定环套开口半径，环套轴向一端为斜切面，另一端对接试坑。
进一步地，计算环套内部容积包括：
环套布置于测点后，环套内铺设薄膜并使薄膜与路拱路面、环套内壁贴合；
向环套内灌水直至水即将从环套顶部开口溢出，记录灌水的体积作为环套内部容积。
进一步地，薄膜将水与填石路基隔离，在测取环套内部容积后，将薄膜承载的水清理。
进一步地，维持环套位置对试坑进行开挖，试坑开口面与环套底部底面重合，试坑与环套对接。
进一步地，开挖试坑时，测取不同位置处沿环套轴向的深度，以使试坑逐渐趋于半球形。
进一步地，开挖试坑后，称重挖取的试样质量并测得含水率，测取集料的毛体积密度。
进一步地，在向容腔内灌水时，交替牵拉、释放薄膜，使薄膜在水作用下贴合试坑内壁。
进一步地，建立间隙率测试结果修正，包括：
基于半球体状试模，准备多种规格的粗集料进行级配，获取混合料并计算母体间隙率；
混合料填入试模，于试模内开挖半球状试坑，铺设贴合试坑内壁的薄膜并灌水；
测取试坑体积后计算该组混合料的样本间隙率；
重复获取多组混合料的母体间隙率、样本间隙率，建立修正经验公式；
利用修正经验公式对间隙率进行修正，将修正后的间隙率作为真实的间隙率结果。
进一步地，重复获取多组混合料的母体间隙率、样本间隙率后，绘制散点图并进行曲线拟合，获取修正经验公式。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)针对目前带路拱填石路基试坑容积不易测算的问题，设置异形结构的环套对接试坑形成容腔，环套布置在路拱路面后，通过使灌入环套和容腔后的水面处于同样状态，依据灌水量，分别计算环套内部容积和容腔容积，无需对路基进行整平实现对试坑容积的测算，提高填石路基间隙率的准确性。
(2)对于带路拱的填石路基，通过环套一端的斜切面与路拱路面贴合，另一端形成水平开口，便于灌水后水面与环套顶面水平开口平齐，使得灌水量与环套配合试坑形成的容腔容积相等，提高对试坑容积的测算效率，同时，由于无需进行整平，在不会对原经压实已平整的路基表层带来新的凹坑，减小试验误差，省去整平流程以提高测试效率。
(3)采用半球状体试坑，跟圆柱体状试坑相比，同容积条件下半球状体试坑具有较小的底部与坑壁表面积，可显著减小薄膜产生的褶皱与叠加，降低试验误差；同时易于开挖成形，不易发生坍塌，具有更强的技术优势与可操作性。
(4)通过多组试验建立经验公式，对现场测算的间隙率进行修正，提高填石路基间隙率的测试精度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1中环套的结构示意图。
图2为本发明实施例1中环套的俯视示意图。
图3为本发明实施例1中开挖试坑的结构示意图。
图4为本发明实施例1中环套配合试坑后灌水的示意图。
图5为本发明实施例1中试模的结构示意图。
图中，1.环套；2.填石路基；3.试坑；4.薄膜；5.试模。
具体实施方式
实施例1
本发明的一个典型实施例中，如图1-图5所示，给出一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法。
如图4所示带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，用于对带有路拱的填石路基2进行间隙率测取，区别于传统平面填石路基2，带有路拱的填石路基2试坑3体积不易测算，本实施例中通过增加异形结构的环套1对接试坑3形成容腔，使得容腔顶部开口为水平面，便于灌水计算容积，从而无需整平以提高测算精度与效率。
结合图1-图4，带路拱填石路基间隙率灌水测试方法包括：
依据需要开挖的试坑3半径确定环套1半径，制作筒状环套1，如图1所示的环套1轴向一端为斜切面，另一端为垂直于轴线的平齐面用于对接试坑3；
于测点位置布置环套1，环套1底面贴合路拱路面，环套顶部开口高于待开挖试坑的最高点，以使灌水后能够水填充待开挖试坑的所有区域；
环套1布置于测点后，环套1内铺设薄膜4并使薄膜4与路拱路面、环套1内壁贴合；向环套1内灌水直至水即将从环套1顶部开口溢出，记录灌水的体积作为环套1内部容积；
维持环套1位置对试坑3进行开挖，试坑3开口面与环套1底面重合，试坑3与环套1对接，开挖与环套1半径相等且同轴分布的半球形试坑3，沿试坑3内壁和环套1内壁铺设薄膜4，形成容腔；
开挖试坑3后，称重挖取的试样质量并测得含水率，测取集料的毛体积密度；
向容腔内灌水，在向容腔内灌水时，交替牵拉、释放薄膜4，使薄膜4在水作用下贴合试坑3内壁，直至水充满容腔，直至水即将从环套顶部开口溢出，并记录灌水的体积记作容腔体积；
通过环套1内部容积和容腔容积计算试坑3容积，结合开挖集料的参数，计算集料间隙率。
需要指出的是，在通过灌水计算环套1内部容积和容腔体积时，均以灌水至水即将从环套1顶部开口溢出为标定位置，由于在开挖试坑3前后维持环套1与测点试坑3相对位置固定，因此，在向容腔内灌水时，水能够逐渐完全覆盖试坑3，在到达即将溢出位置时，容腔内灌水量减去环套1内灌水量即为实际试坑3的容量。
由于不同路拱的倾斜面不同，而环套1结构是基本确定的，因此在不同填石路基的测点位置，具有不同的倾斜度，因此，在布置环套1后环套1顶部开口面可能处于倾斜状态，也可能处于水平状态，但要保证环套1顶部开口的最低点的水平位置高于环套1对应试坑3的最高点位置，对环套1内或容腔内灌水到最大量后，水面高于试坑3最高点，从而保证灌入的水能够完全填充试坑3。
无论环套1的顶部开口面是水平面还是非水平面，均以灌水后即将溢出位置为标定位置，即以环套1顶部开口最低点位置为标定位置。
同时，薄膜4将水与填石路基2隔离，在测取环套1内部容积后，将薄膜4承载的水清理；可以将测取环套1内部容积时灌入的水倾倒至远离测点的位置，避免对测点位置的含水率产生影响。
工程实践中，试坑3形状为圆柱体状，开挖不易成形，实践表明，在开挖过程中碎石路基坑壁易发生坍塌，不易形成圆柱体试坑；而除了圆柱体试坑，规程未明确规定其它试坑的标准形状与体积，在此情况下测试人员开挖的试坑形状不一，体积各异，导致产生显著的系统性测试误差，在本实施例中，试坑3采用半球形，开挖试坑3时，测取不同位置处沿环套1轴向的深度，以使试坑3逐渐趋于半球形。
灌水法用塑料薄膜测定试坑体积，结果的准确性无从知悉，也无评判方法，同时薄膜铺装进试坑注入水后，在水压力作用下薄膜轻微向坑内下沉与坑壁贴合，并向试坑周边侧壁与底部的空洞凸出，凸出的程度与空洞的形态与大小有关，当空洞较大时凸出幅度也较大，较大的凸出导致测试的试坑体积偏大；反之，体积偏小。由此产生的系统性误差不得而知，也无评判与修正措施，影响了结果的准确性。
本实施例中，为了提高测取间隙率的精度，减小误差，建立间隙率测试结果修正，包括：
基于半球体状试模5，准备多种规格的粗集料进行级配，获取混合料并计算母体间隙率；
混合料填入试模5，于试模5内开挖半球状试坑3，铺设贴合试坑3内壁的薄膜4并灌水；
测取试坑3体积后计算该组混合料的样本间隙率；
重复获取多组混合料的母体间隙率、样本间隙率，建立修正经验公式；
利用修正经验公式对间隙率进行修正。
具体的，对于上述带路拱填石路基2间隙率灌水测试方法，详细步骤如下：
1.1按照随机取样的方法选择测点，去除测点处表面的杂物与松动石料颗粒，无需对路基表面进行整平；在距离测点约3m～5m处放置一块平板，用于承载灌水容器，平板可以选用平面有机玻璃板，并使其稳定处于水平状态。
1.2根据土工试验规程中灌水法规定的圆柱体试坑3半径r，按照式(1)换算得到半球状试坑3的半径R，以半径R确定坑口轮廓线。
1.3选择如图1所示附有变高度的圆筒形环套1作为基板，将其固定于具有路拱的测点处，用塑料薄膜4沿环套1内壁及路表紧密铺装，根据路表凹坑分布及深浅情况，给予塑料薄膜4适当的松紧度。
1.4将带有刻度的储水桶置于水平的有机玻璃板上，待桶内水面静止，记录初始刻度后，移动储水桶至试坑3附近，打开储水桶开关，通过橡皮管向环套1内缓慢注水，直至水从环套1顶部开口的最低处将要溢流时关闭开关；再将储水桶放置于有机玻璃板上，待水面静止后读取剩余水位刻度，计算得到注入环套1内水的体积V1。
可以理解的是，也可以采用流量泵结合水管的方式进行灌水，流量泵记录灌入的水量；也可以采用其他形式，满足稳定灌水且方便记录灌水量的需求即可。
1.5缓慢地揭离塑料薄膜4，将环套1内的水移至远处倾倒，避免影响测点集料含水率。
1.6保持环套1不动，沿着环套1开挖半球状试坑3，试坑3开口圆心O点对应的试坑3深度应为R；开挖过程中沿着不断变换的直径方向测量不同位置的试坑3深度，在试坑3开口面内距离圆心
的位置其深度为
在试坑3开口面内距离圆心
的位置其深度为
如图2所示，以保证试坑3的半球形状和应有的最小试坑3体积；称重挖取的试样质量并测得含水率，同时进行室内试验测得集料的毛体积密度。
1.7将具有足够面积的塑料薄膜4穿过环套1向坑内铺装，使薄膜4与试坑3壁紧密贴合，并给予一定的松紧度，同时注意覆盖环套1周边约20cm。
1.8记录储水桶初始刻度，打开开关，通过橡皮管向坑内注水，注水开始阶段，轻轻地重复交替上提、下放牵拉塑料薄膜4约3～5次，使薄膜4尽可能与凹凸不平的试坑3内壁充分贴合，在此过程中避免薄膜4被石料棱角划破漏水。
如图3所示，当注水接近环套1顶部后，放慢水流速度，当水从环套1顶部开口的最低处将要溢流时关闭开关，再将储水桶放置于有机玻璃板上，水面静止后读取剩余水位刻度，计算得到注入环套1内水的体积V2。
1.9根据V1与V2获得试坑3的体积为V2-V1，计算得到压实集料的密度，进而计算得到集料间隙率。
另外，对于现场间隙率测试结果的修正过程，结合图5，包括以下步骤：
2.1制备开口直径为3R、深度为1.5R底部带有基座的半球状体试模5，如图4所示。
2.2准备粒径大小不同的4种规格的粗集料(4.75～9.5mm、9.5～16mm、16～26.5、26.5～53.5mm)，据其进行不同间隙率大小水平(15％、20％、25％及30％)的级配设计，获得不少于10组级配粗集料混合料，依次编号为(＝1，2，…，10)。
2.3室内分别进行10组粗集料捣实试验及毛体积密度测试，计算其母体间隙率yi；进行完每次捣实试验后，在半球状试桶内开挖直径为2R，深度为R的半球状试坑3，再用水袋法按照上述1.1～1.9的测试步骤，获得该组级配粗集料样本间隙率xi。
2.4以横坐标表示xi，纵坐标表示yi，在二维直角坐标系中绘制(xi，yi)散点图，并进行曲线拟合，获得形如
经验公式。
2.5将1.9测得的结果作为自变量带入经验公式
中，换算得到
即为修正后的现场测定的填石路基2间隙率结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，包括：
于测点位置布置环套，环套底部底面贴合路拱路面，环套顶部开口高于待开挖试坑的最高点，测算环套内部容积；
开挖与环套开口半径相等且同轴分布的半球形试坑，沿试坑内壁和环套内壁铺设薄膜，形成容腔；
向容腔内灌水直至水即将从环套顶部开口溢出，并记录灌水的体积记作容腔体积；
通过环套内部容积和容腔容积计算试坑容积，结合开挖集料的参数，计算集料间隙率。
2.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，依据需要开挖的试坑半径确定环套开口半径，环套轴向一端为斜切面，另一端对接试坑。
3.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，计算环套内部容积包括：
环套布置于测点后，环套内铺设薄膜并使薄膜与路拱路面、环套内壁贴合；
向环套内灌水直至水即将从环套顶部开口溢出，记录灌水的体积作为环套内部容积。
4.如权利要求3所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，薄膜将水与填石路基隔离，在测取环套内部容积后，将薄膜承载的水清理。
5.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，维持环套位置对试坑进行开挖，试坑开口面与环套底部底面重合，试坑与环套对接。
6.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，开挖试坑时，测取不同位置处沿环套轴向的深度，以使试坑逐渐趋于半球形。
7.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，开挖试坑后，称重挖取的试样质量并测得含水率，测取集料的毛体积密度。
8.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，在向容腔内灌水时，交替牵拉、释放薄膜，使薄膜在水作用下贴合试坑内壁。
9.如权利要求1所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，建立间隙率测试结果修正，包括：
基于半球体状试模，准备多种规格的粗集料进行级配，获取混合料并计算母体间隙率；
混合料填入试模，于试模内开挖半球状试坑，铺设贴合试坑内壁的薄膜并灌水；测取试坑体积后计算该组混合料的样本间隙率；
重复获取多组混合料的母体间隙率、样本间隙率，建立修正经验公式；
利用修正经验公式对间隙率进行修正，将修正后的间隙率作为真实的间隙率结果。
10.如权利要求9所述带路拱填石路基间隙率灌水测试方法，其特征在于，重复获取多组混合料的母体间隙率、样本间隙率后，绘制散点图并进行曲线拟合，获取修正经验公式。
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