一种路基夯击影响深度测试装置及测试方法与流程

本发明属于路基填料施工试验技术领域，具体涉及一种路基夯击影响深度测试装置及测试方法。

背景技术：

近年来，随着高速公路的迅猛发展，人们对车速、平稳、安全与舒适等要求日趋提高，但路基的不均匀沉降导致路面平整度的降低给行车安全与舒适性带来很大影响，尤其是路桥过渡段的不均匀沉降；其中，由于桥台后土体压实不足导致的局部沉降、搭板断裂，进而造成的“桥头跳车”；“桥头跳车”不仅影响车辆的行车舒适度，降低了车辆的使用寿命，更会对行车安全和公路运营构成不同程度的危害；其中，引发这一病害的根本原因主要是路基压实度不足。因而，在夯机加固路基时，确定出填料的有效加固深度，为增加路基压实度的基本参数，针对不同的夯击能，确定出不同填料的有效加固范围，必要之时，确定最优含水率使得有效加固深度达到最大。目前，针对路基填料的有效夯击深度均以经验值为主，施工不确定性较大，路基质量得不到保证。

技术实现要素：

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种路基夯击影响深度测试装置及测试方法，以解决现有技术中，采用经验值确定路基夯击深度，施工不确定性较大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以解决：

本发明提供了一种路基夯击影响深度测试装置，包括固定系统、压缩系统及测读系统，压缩系统固定设置在固定系统中，压缩系统与测读系统连接；

固定系统包括顶部承力板、固定支撑筒、活动支撑杆及底部承力板；顶部承力板滑动套设在固定支撑筒的上端，固定支撑筒固定设置在底部承力板上；活动支撑杆的上端与顶部承力板固定连接，活动支撑杆的下端贯穿底部承力板，且伸入待测路基填料层中；

压缩系统包括活塞杆、活塞体、活塞外管及活塞基座，活塞杆的上端与顶部承力板固定连接；活塞杆的下端与活塞体固定连接，活塞体配合设置在活塞外管内，活塞外管的下端固定设置在活塞基座上；活塞外管内充填有测量液，活塞外管的底部设置有测量液出口；

测读系统包括测量管及刻度尺，测量管的一端与活塞外管底部的测量液出口连通；测量管的另一端与大气连通，且竖向固定设置在刻度尺上，刻度尺竖向设置。

进一步的，还包括应力测量装置，应力测量装置包括压力传感器及应变仪，压力传感器固定设置在顶部承力板上，压力传感器的输出端与应变仪的输入端连接。

进一步的，固定支撑筒的侧壁底端设置有测量通孔，测量通孔上设置有测量保护套，测量管穿套在测量保护套内。

进一步的，顶部承力板与固定支撑筒之间设置有橡胶垫。

进一步的，压缩系统中还包括固定连接杆，固定连接杆竖向设置在活塞基座与底部承力板之间；固定连接杆的上端与活塞基座固定连接，固定连接杆的下端与底部承力板固定连接。

进一步的，测读系统还管塞，管塞设置在测量管与大气连通的一端；管塞采用通气式管塞。

进一步的，活动支撑杆13的下端设置为圆锥状结构。

进一步的，压力传感器采用电阻式压力传感器，应变采用动态应变仪。

进一步的，测量管包括第一竖直管、水平管及第二竖直管，第一竖直管的一端与活塞外管底部的测量液出口连通，第一竖直管的另一端与水平管的一端连通，水平管穿套在测量管保护套内，水平管的另一端与第二竖直管的下端连通，第二竖直管紧贴固定在刻度尺上。

本发明还提供了一种路基夯击影响深度测试方法，利用所述的一种路基夯击影响深度测试装置，包括以下步骤：

步骤1、将若干个路基夯击影响测试装置埋设在不同高度路基填料层的预设测点处；

步骤2、在路基填料上施加夯击荷载，测读不同高度路基填料层预设测点处的填料相对位移值，绘制深度-填料相对位移曲线；

步骤3、根据步骤2中的深度-填料相对位移曲线，得到所述路基夯击影响深度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种路基夯击影响深度测试装置，通过设置固定系统、压缩系统及测读系统，实现了将路基填料层测点处的路基填料的相对位移，通过测读中测量液液柱的上升高度直观测量；路基填料受到夯击荷载时，由于路基填料的孔隙度减小，顶部承力板向下产生位移，顶部承力板的相对位移量即为路基填料的孔隙度减小量，当路基填料测点处的相对位移接近于零时，判定为无加固效果，实现了对夯击影响深度的测定。

进一步的，通过设置应力测量装置，在夯击荷载作用下，通过监测夯击荷载在路基填料中的传递情况，将路基填料层测点处的夯击荷载应力与填料相对位移对应，得到应力-深度曲线及相对位移-深度曲线，进而得出路基填料有效加固深度值。

进一步的，通过设置测量保护套，实现了对测量管的保护，避免填料对测量管的影响，有效提高了测量数据的准确性。

进一步的，通过在顶部承力板与固定支撑筒之间设置橡胶垫，一方面有效避免了路基填料进入固定支撑筒内，另一方面减小了顶部承力板与固定支撑筒之间刚性接触摩擦阻力。

进一步的，通过在活塞基座与底部承力板之间设置固定连接杆，在活塞基座与底部承力板之间形成预留空间，便于测量管的安装。

进一步的，通过在测量管上设置管塞，避免了杂物进入测量管内，对测量数据造成影响。

进一步的，通过将活动支撑杆的下端设置为圆锥状结构，通过削尖处理，使其作为刺入端，减小了活动支撑杆的贯入阻力。

本发明还提供了一种路基夯击影响深度测试方法，操作方法简单，同时能直观的获得每次夯击作用下不同深度路基填料的相对位移，进而实现对夯击影响深度的测定，测定结果准确度高。

附图说明

图1为本发明所述的一种路基夯击影响深度测试装置的整体结构示意图；

图2为本发明所述的一种路基夯击影响深度测试装置的a-a处剖视结构示意图；

图3为本发明所述的一种路基夯击影响深度测试装置的b-b处剖视结构示意图；

图4为本发明所述的一种路基夯击影响深度测试装置的使用状态示意图；

图5为本发明所述的一种路基夯击影响深度测试方法中应力曲线图；

图6为本发明所述的一种路径夯击影响深度测试方法中相对位移曲线图。

其中，1固定系统，2压缩系统，3测读系统，4应力测量装置；11顶部承力板，12固定支撑筒，13活动支撑杆，14底部承力板，15测量管保护套；21活塞杆，22活塞体，23活塞外管，24活塞基座，25固定连接杆，26活塞杆端板；31测量管，32刻度尺，33尺座，34管塞；311第一竖直管，312水平管，313第二竖直管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1-4所示，本发明提供了一种路基夯击影响深度测试装置，包括固定系统1、压缩系统2、测读系统3及应力测量装置4；固定系统1用于固定安装压缩系统2，压缩系统2设置在固定系统1中，压缩系统2的上下两端分别与固定系统1的上下两端固定连接；测读系统3与压缩系统2连接；应力测量装置4设置在固定系统1上，应力测量装置4用于测量夯击荷载在路基填料层测点深度处的动力响应。

固定系统1包括顶部承力板11、固定支撑筒12、活动支撑杆13、底部承力板14及测量保护套15；顶部承力板11水平套设在固定支撑筒12的上端，顶部承力板11与固定承力板11与固定支撑筒12滑动连接，顶部承力板11用于承受夯击荷载；固定支撑筒12竖向固定设置在底部承力板12的上端，底部承力板14水平设置；活动支撑杆13的上端与顶部承力板11固定连接，活动支撑杆13的下端贯穿底部承力板12，且伸入路基填料层中；活动支撑杆13与底部承力板14活动连接；固定支撑筒12的侧壁底端设置有测量通孔，测量保护套15与测量通孔连接，测读系统3的一端穿套在测量保护套15中，并与压缩系统2连接。

压缩系统2的上端与顶部承力板11固定连接，压缩系统2的下端与底部承力板14固定连接；压缩系统2包括活塞杆21、活塞体22、活塞外管23、活塞基座24、固定连接杆25及活塞杆端板26，活塞杆21的上端与顶部承力板11的下表面固定连接；活塞杆端板26设置在活塞杆21与顶部承力板11之间，活塞杆端板26的上表面与顶部承力板11的下表面固定连接，活塞杆端板26的下表面与活塞杆21的上端固定连接，通过在顶部承力板11与活塞杆21之间设置活塞杆端板26，确保了活塞杆21与顶部承力板11之间的稳定连接；活塞杆21的下端与活塞体22固定连接，活塞体22配合设置在活塞外管23内，活塞外管23的下端固定设置在活塞基座24上；活塞外管23内充填有测量液，活塞外管23的底部设置有测量液出口，测量液出口用于与测读系统3连接；顶部承力板11承受夯击荷载时，在夯击荷载的作用下，路基填料层被压实，此时顶部承力板11产生向下位移，带动活塞杆21向下移动，活塞杆21带动活塞体22压缩活塞外管23内的测量液进入测读系统3中，通过测量测量液进入测读系统3的高度，实现了对夯击荷载作用下，顶部承力板11的上下移动位移差，进而实现对路基填料层压实情况的测定；固定连接杆25竖向设置在活塞基座24的底部，固定连接杆25的上端与活塞基座24的底部固定连接，固定连接杆25的下端与底部承力板14的上表面固定连接。

测读系统3包括测量管31、刻度尺32、尺座33及管塞34，测量管31采用u型管；测量管31包括第一竖直管311、水平管312及第二竖直管313，第一竖直管311的一端与活塞外管23底部的测量液出口连通，第一竖直管311的另一端与水平管312的一端连通，水平管312穿套在测量管保护套15内，水平管312的另一端与第二竖直管313的下端连通，管塞34设置在第二竖直管313的上端，管塞34采用通气式管塞，确保测量管31与大气连通，同时避免了杂物进入测量管31内；刻度尺32竖向设置在尺座33上，第二竖直管313与刻度尺32竖向平行设置，且紧贴固定在刻度尺32上，通过刻度尺32上的刻度值能够读出第二竖直管313内测量液的升降高度；刻度尺32的顶端设置有水准泡，用于调节刻度尺32处于竖直状态。

应力测量装置4包括压力传感器及应变仪，压力传感器固定设置在顶部承力板11上，压力传感器的输出端与应变仪的输入端连接，压力传感器用于测量夯击荷载在测点深度处的动力响应。

工作原理及使用方法

如附图5-6所示，本发明所述的一种路基夯击影响深度测试装置，组装时，首先，将活塞体22与活塞杆21的下端紧扣连接，通过活塞杆端板26将活塞杆21固定设置在顶部承力板11上，活塞杆21与活塞体22组装形成活塞主杆；将活塞主杆压入活塞外管23内，将活塞外管23的下端与活塞基座24固定连接，构成压缩系统2；然后，通过固定系统1将压缩系统2进行固定；最后，将测量管31的一端与活塞外管23底部测量液出口连通，测量管31的另一端通过固定支撑筒12侧壁上的测量通孔引出，并将测量管31的另一端固定在刻度尺32上；在顶部承力板11的上表面固定安装压力传感器，并将压力传感器的输出端与应力仪的输入端连接。

测量时，首先，将本发明所述的测量装置埋设在路基填料层的预设测点处；然后对活塞外管23内的测量液在测量管31中进行标定，标定时，在顶部承力板11的顶部施加预定荷载，使活塞杆21向下移动δh，测量此时测量管31的第二竖直管中测量液液柱上升高度为δh，进而获得标定参数k；标定参数k的表达式为：

其中，δh为活塞杆下降值；δh为测量管液柱上升值；k为标定参数；

然后，在顶部承力板11上施加夯击荷载，根据路基填料加固机理，提高路基填料压实度的本质主要是减小填料的孔隙度；在夯击荷载作用下，由于活动支撑杆13在路基填料中的移动，带动顶部承力板11向下移动；顶部承力板11向下移动时，通过活塞杆21带动活塞体22压缩活塞外管23内的测量液，测量液被压缩后，经活塞外管23底部的测量液出口进入测量管31的第一竖直管内，并经水平管，进入第二竖直管内，第二竖直管内的测量液液面上升；通过刻度尺32上的刻度测量得到测量液在测量管31内的上升高度，实现对顶部承力板11的下降高度的测量，进而获得了该夯击荷载作用下，路基填料的相对位移值，通过在不同高度的路基填料层测点处设置本发明所述的测量装置，得到路基填料的相对位移-深度曲线；

夯击荷载作用下，任一路基填料层测点处的路基填料的相对位移值，如下公式得出：

δhi＝k

式中：δhi为路基填料层中第i填料层测点相对位移值；

h1为未夯击前测量液液柱读数；

h2为夯击之后测量液液柱读数；

k为标定参数；

利用测读系统，得到不同高度处，测试装置中测量液液柱的上升高度值，根据测量液液柱的上升高度，得到填料的相对位移值，绘制深度-填料相对位移曲线；当深度-填料相对位移曲线的趋近水平时，对应路基填料层测点处路基填料的相对位移接近于零时，可判定夯击荷载无加固效果，由此可确定处有效加固深度。

通过设置应力测量装置4，在夯击荷载作用下，通过监测冲击荷载在路基填料中的传递情况以及直观的位移变化，进而分析出不同填料在不同夯击能条件下的加固深度；将压力传感器布设在顶部承力板11的上表面，将路基填料层测点应力与路基填料的相对位移对应起来，利用应变仪连接压力传感器，测出夯击荷载在测点深度出的动力响应，通过测量路基填料层测点处夯击荷载沿深度的填料相对变化量，得到应力曲线；通过实测填料重度，理论计算出自重应力曲线，根据土力学理论，只有当附加应力大于自重应力时，附加应力才会对土体有加固效果。因此，依据附加应力曲线与自重应力曲线交点和夯击相对位移曲线稳定点，确定出路基填料有效加固深度值。

实施例

本发明所述的一种路基夯击影响深度测试装置，包括固定系统1、压缩系统2、测读系统3及应力测量装置4；压缩系统2采用活塞管组合，压缩系统2通过固定系统1固定；压缩系统2内充填测量液，测量液采用水或油；压缩系统2与测读系统3连接，固定系统1受到夯击荷载时，固定系统1带动压缩系统2中的活塞体22产生位移，活塞杆通过带动活塞体22压缩测量液进入测读系统3中，通过对测量液在测读系统3中的上升高度，得到固定系统1的相对位移，进而得到路基填料的相对位移，实现了对测点填料的压实度的测定，进而获得的夯击荷载的压实深度。

固定系统1包括顶部承力板11、固定支撑筒12、两根活动支撑杆13、底部承力板14及测量保护套15；顶部承力板11水平套设在固定支撑筒12的上端，顶部承力板11与固定承力板11与固定支撑筒12滑动连接，顶部承力板11用于承受夯击荷载；顶部承力板11与固定支撑筒12之间设置有橡胶垫，一方面有效避免了路基填料进入固定支撑筒12内，另一方面减小了顶部承力板11与固定支撑筒12之间刚性接触摩擦阻力。

固定支撑筒12竖向固定设置在底部承力板12的上端，底部承力板12水平设置；两根活动支撑杆13对称设置在压缩系统2的两侧；活动支撑杆13的上端与顶部承力板11固定连接，活动支撑杆13的下端贯穿底部承力板12后，插入路基填料层中；活动支撑杆13的下端设置为圆锥状结构，通过削尖处理，作为刺入端插入路基填料层中，减小了活动支撑杆13的插入阻力；活动支撑杆13与底部承力板14活动连接；固定支撑筒12的侧壁底端设置有测量通孔，测量保护套15的一端与测量通孔连接，测量管31的一端贯穿测量保护套15，并与压缩系统2连接；通过设置测量保护套15，有效防止了路基填料损坏测量管31，避免了测量数据的错误；测量保护套15采用铁管或不锈钢伸缩软管；由于实际施工要求，测量管31往往长度较长，为了操作方便，测量保护套15采用分节连接或弯曲设置；当接近夯击平面时，由于夯击动荷载较大，测量保护套15采用铁管，避免了对测量数据产生影响。

压缩系统2包括活塞杆21、活塞体22、活塞外管23、活塞基座24、四根固定连接杆25及活塞杆端板26，活塞杆21的上端与顶部承力板11的下表面固定连接；活塞杆端板26设置在活塞杆21与顶部承力板11之间，活塞杆端板26的上表面与顶部承力板11的下表面固定连接，活塞杆端板26的下表面与活塞杆21的上端固定连接；活塞杆21的下端与活塞体22固定连接，活塞体22配合设置在活塞外管23内，活塞外管23的下端固定设置在活塞基座24上，活塞基座24上设置有贯穿通孔，活塞基座24上的贯穿通孔与活塞外管23上的测量液出口的位置相适应，便于测量管31穿过活塞基座24后与活塞外管23上的测量液出口连通；活塞外管23内充填有测量液，测量液采用水或油；活塞外管23的底部设置有测量液出口，测读系统3的一端与活塞外管23底部的测量液出口连通；顶部承力板11承受夯击荷载时，驱动顶部承力板11向下移动，顶部承力板11带动活塞杆21向下移动，带动活塞体22压缩活塞外管23内的测量液进入测读系统3中，通过测量进入测读系统3的测量液液柱的上升高度，实现了对夯击荷载作用下，顶部承力板11的上下移动位移差，进而实现了对路基填料压实过程中的相对位移的测量；四根固定连接杆25竖向对称设置在活塞基座23的底部，固定连接杆25的上端与活塞基座23的底部固定连接，固定连接杆25的下端与底部承力板14的上表面固定连接；通过在活塞基座23与底部承力板14之间设置固定连接杆25，在活塞基座23与底部承力板14之间形成预留空间，便于测量管31的安装。

测读系统3包括测量管31、刻度尺32、尺座33及管塞34，测量管31采用u型管；测量管31包括第一竖直管311、水平管312及第二竖直管313，第一竖直管311的一端与活塞外管23底部的测量液出口连通，第一竖直管311的另一端与水平管312的一端连通，水平管312穿套在测量管保护套15内，水平管312的另一端与第二竖直管313的下端连通，管塞34设置在第二竖直管313的上端；管塞34采用通气式管塞，确保测量管31的压强与大气连通，同时避免了杂物进入测量管31内；刻度尺32竖向设置在尺座33上，第二竖直管313与刻度尺32竖向平行设置，且紧贴固定在刻度尺32上，通过刻度尺32上的刻度值能够读出第二竖直管313内测量液的升降高度；刻度尺32的顶端设置有水准泡，用于调节刻度尺32处于竖直状态；刻度尺32的刻度精度为0.1mm，尺座33采用钢板制作；优选的，采用拉索将刻度尺32与尺座33固定连接。为了方便测量管31的读数，对同一路基位置，不同填料层测点处的测量装置进行标号，并将每一层的测量管31均固定在同一刻度尺32上。

应力测量装置4包括压力传感器及应变仪，压力传感器固定设置在顶部承力板11上，压力传感器的输出端与应变仪的输入端连接，压力传感器用于测量夯击荷载在测点深度处的动力响应。压力传感器采用电阻式压力传感器，应变仪采用动态应变仪。

本发明还提供了一种路基夯击影响深度测试方法，包括以下步骤：

步骤1、将若干个路基夯击影响测试装置埋设在不同高度路基填料层的预设测点处；

步骤2、在路基填料上施加夯击荷载，测读不同高度路基填料层预设测点处的填料相对位移值，绘制深度-填料相对位移曲线；具体的，利用测读系统，得到不同高度处，测试装置中测量液液柱的上升高度值，根据测量液液柱的上升高度，得到填料的相对位移值，绘制深度-填料相对位移曲线；

步骤3、利用应力测量装置，测读不同高度路基填料层预设测点处的夯击荷载的动力响应，绘制深度-应力曲线；

步骤4、根据步骤2的深度-填料相对位移曲线，当深度-填料相对位移曲线的趋近水平时，对应的深度值即为路基夯击影响深度；

或根据步骤3中的深度-应力曲线，通过室内试验，得出路基填料天然重度γ，依据公式σz＝γz，其中，σz为z深度出的自重应力值，z为深度值；确定出自重应力曲线，结合实测深度-应力曲线，自重应力曲线与深度-应力曲线的交点对应深度值为所述路基夯击影响深度。

本发明所述的一种路基夯击影响深度测量装置，基于现场试验确定出路基填料实际加固深度，通过在路基填料层测点处设置路基夯击影响深度测量装置，埋设电阻式压力盒和位移监测装置，确定出夯击荷载在填料中的竖向传递效果，从而换算出有效加固深度，进一步确定出夯击工艺参数，以达到合理施工、加快工期的目的。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。