Динамический конусный пенетрометр DCP

1. Обзор динамического конусного проникновения DCP

Динамический конусный проникающий прибор (DCP) — это легкий и компактный инструмент для полевых испытаний грунта на месте. Масса молотка составляет 8 кг, высота падения — 575 мм, длина штанги проникания — 1000 мм, диаметр конической головки — 20 мм, угол наклона кончика конуса — 60 градусов. Штангу проникания можно соединить с стальной линейкой длиной 1000 мм; прибор оснащен двусторонней шкалой в метрической и английской системах мер, что позволяет непосредственно записывать значения проникания после каждого удара.

Динамический конусный проникновен (DCP) уже используется за рубежом, и накоплены данные о зависимости значений проникновения от соответствующих индексов свойств грунта. Значения проникновения уже коррелированы с модулем упругости грунта, коэффициентом CBR и пределом прочности при одностороннем сжатии без ограничения по боковым поверхностям. В Южной Африке значения проникновения уже используются в качестве параметра при проектировании дорожных покрытий.

1.1 Преимущества DCP

Преимущества динамического конусного пенетрометра (DCP) заключаются в его быстроте, простоте использования и независимости от условий местности; он подходит для оценки несущей способности оснований строительных площадок или старых дорог. Динамический конусный пенетрометр (Dynamic Cone Penetrometer, сокращённо DCP), благодаря быстрому определению глубины проникновения в грунт, эффективно устраняет недостатки таких методов, как заполнение песком, кольцевой пробоотборник, заливка водой и электрический почвосъёмник. Это оборудование нового поколения для оперативной оценки плотности грунтовых оснований. Кроме того, между DCP и такими показателями, как калифорнийский коэффициент несущей способности (California Bearing Ratio, сокращённо CBR) и модуль упругости обратного удара, существует хорошая корреляция, что позволяет использовать DCP для оценки прочности дорожных оснований (с учётом преобразования по формуле AASHTO).

1.2 Метод анализа DCP

Поскольку динамический конусный проникающий прибор используется в стране относительно редко, в настоящее время в стране ещё нет соответствующих методов анализа. Согласно требованиям американского стандарта AASHTO, между результатами испытания DCP и коэффициентом CBR существует следующая связь:

CBR=405,3/PR1,259

В формуле PR обозначает глубину проникновения при испытании DCP, мм/удар; CBR — это коэффициент несущей способности по Калифорнийскому методу, %.

Таким образом, путём регистрации скорости проникновения DCP при полевых испытаниях можно быстро рассчитать CBR грунтового основания и провести предварительную оценку несущей способности слоёв дорожного полотна.

1.3 Принцип тестирования DCP

DCP разработан Британской лабораторией транспортных исследований (Transportation Research Laboratory, сокращённо TRL) и имеет общую массу 20 кг.

В основном включает 8-килограммовый ударный молот с высотой падения 575 мм, штырь для проникновения, мерную линейку и конический наконечник диаметром 20 мм, соединённый с торцом штыря для проникновения; при этом угол конуса наконечника составляет 60 градусов, а его детали и размеры подробно показаны на рисунке 1.

Технические параметры:

Линейка с делением 1:10000 мм

2: Вдавливающий стержень: верхний стержень 803 мм

3: Соединительный диск: 105 мм

4: Высота падения: 575 мм

5. Штырь проникновения: нижний штырь — 910 мм

6. Основание: 300 мм × 60 мм × 8 мм

7. Стальной молоток: 8 кг

8. Конусная головка: диаметр 20 мм, угол 60 градусов

2 Метод испытания динамическим конусным проникновением DCP

При проведении испытания DCP обычно требуется три человека: один человек держит рукоятку, поднимает и удерживает прибор, одновременно прижимая конусный наконечник к поверхности грунта остриём вниз и стараясь, чтобы шток проникновения был максимально перпендикулярен поверхности грунта; другой человек поднимает падающий молоток и позволяет ему свободно упасть; третий человек записывает показания шкалы после каждого второго удара молотка.

2.1 Шаги тестирования DCP

(1) На месте испытания выберите сухую и ровную поверхность. Если на поверхности имеется слой наносного грунта или грунт слишком мягкий, снимите верхний слой земли с помощью лопаты; толщина снятого слоя не должна превышать 2 см. Если слой наносного грунта на поверхности достаточно глубокий, проведите испытание в другом, близлежащем месте.

(2) Присоедините конусообразную головку к установленному стержню динамического проникновения.

(3) Направьте конический наконечник к поверхности грунта, подлежащего проверке, при этом убедитесь, что штырь для проникновения находится в вертикальном положении.

(4) Поставьте линейку рядом с проникающим стержнем так, чтобы она была параллельна проникающему стержню.

(5) Один человек крепко держит штангу для проникновения, другой поднимает тяжёлый молот и затем отпускает его, чтобы тот упал.

(6) После падения молота регистрируйте количество ударов, после которых глубина проникновения за один удар превысит 5 мм, а также глубину проникновения стержня. Если глубина проникновения за один удар меньше 5 мм, следует регистрировать глубину проникновения и общее количество ударов в данной серии только после того, как несколько ударов приведут к проникновению на глубину более 5 мм. Данные испытаний должны записываться специально уполномоченным лицом в соответствии с установленной формой.

(7) После того как глубина проникновения достигнет требуемого значения (глубина проникновения равна или немного превышает текущую толщину уплотнённого слоя, подлежащего проверке), извлеките стержень проникновения и завершите испытание.

(8) В процессе проникновения, если конусная головка наткнётся на камень или другой препятствующий объект, в результате чего стержень перестанет продвигаться вглубь, испытание следует прекратить. Данные, собранные в этом случае, считаются недействительными; вместо этого необходимо выбрать другую точку измерения в радиусе 40 см от отверстия проникновения и провести испытание там.

(9) После завершения испытания разъедините штырь проникновения в месте его соединения посередине, вместе с линейкой и падающим молотком сложите всё в инструментальный ящик для последующего использования.