關(guān)于道路工程壓實度檢測技術(shù)發(fā)展的探討

盛恩懷 （安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

在道路工程施工中，壓實是一道極為重要的工序。壓實度是路基路面施工質(zhì)量檢測的關(guān)鍵指標(biāo)之一，規(guī)范中要求道路各結(jié)構(gòu)層都必須有足夠的壓實度，以達(dá)到足夠的強度來提高道路結(jié)構(gòu)承受荷載的能力。隨著公路大規(guī)模的開展，其施工質(zhì)量問題也越來越引起人們的重視，路面達(dá)不到設(shè)計的使用壽命，出現(xiàn)早期破壞的情況時有發(fā)生，統(tǒng)計資料表明達(dá)不到目標(biāo)壓實度是造成路面早期破壞的一個非常重要的原因。

工程實踐證明，壓實過程是使路基和路面各結(jié)構(gòu)材料獲得足夠密實度的重要環(huán)節(jié)，在施工中經(jīng)常出現(xiàn)下列問題：碾壓變數(shù)太少，達(dá)不到規(guī)定的壓實度；碾壓變數(shù)過多導(dǎo)致超壓，既不經(jīng)濟(jì)又會導(dǎo)致壓實度下降，造成人、材、物的浪費。因此在施工過程中加強對路面路基壓實技術(shù)的及時監(jiān)測是保證道路后期服務(wù)質(zhì)量的一個有效方法，必須采用先進(jìn)的檢測壓實技術(shù)，及時了解各結(jié)構(gòu)層的壓實情況，這樣才能確保路面、路基、路床整體的穩(wěn)定性、達(dá)到足夠的強度。

1 壓實度及其影響因素

壓實度是某一有限厚度的路面結(jié)構(gòu)層經(jīng)碾壓后的相對密實程度，是現(xiàn)場實測干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度之比，用百分率（%）表示。表征現(xiàn)場壓實后的密度狀況，壓實度越高，密度越大，材料整體性能越好。

但道路材料壓實的過程是個極其復(fù)雜的過程，不同特性的工程材料其壓實效果是不一樣的，即使性質(zhì)相同的材料，在不同含水量、不同大氣溫度或不同壓實機(jī)械組合的情況下其壓實效果也會相差很遠(yuǎn)。工程實踐表明影響壓實度的因素很多，主要有以下幾種：材料的級配和性質(zhì)、擊實功能、含水量、振動壓路機(jī)的振幅和頻率等。所以在道路結(jié)構(gòu)層施工時，要根據(jù)不同材料及其特性，現(xiàn)場試驗總結(jié)對應(yīng)的壓實方法。

2 常用壓實度檢測的方法及特點

2.1 常用壓實度檢測方法

目前我國道路工程中常用的壓實度檢測手段包括灌砂法、灌水法、環(huán)刀法、核子密實度儀法及探地雷達(dá)法等等，其中灌砂法、灌水法和環(huán)刀法為傳統(tǒng)的壓實度檢測方法且為有損檢測的方法，核子密實度儀法及探地雷達(dá)法為無損檢測方法。

2.2 傳統(tǒng)壓實度檢測方法

環(huán)刀法：是一種較為簡單快捷的試驗方法，國內(nèi)習(xí)慣采用的環(huán)刀容積通常為200cm3，環(huán)刀高度通常約5cm。只能應(yīng)用于不含礫石或碎石的細(xì)粒土的密實度測定，并且測試結(jié)果的準(zhǔn)確性受較多因素的影響。

灌砂法：是利用粒徑0.30mm～0.60mm或0.25mm～0.50mm清潔干凈的均勻砂，從一定高度自由下落到試洞內(nèi)，按其單位重不變的原理來測量試洞的容積（即用標(biāo)準(zhǔn)砂來置換試洞中的集料），并結(jié)合集料的含水量來推算出試樣的實測干密度。適用于現(xiàn)場測定細(xì)粒土、砂類土、和礫類土的密度，試樣最大粒徑一般不得超過15mm，測定密度層的厚度為150mm～200mm。

水袋法：與灌砂方法測試原理的大致差不多，不同之處是水袋法是把薄橡皮袋放入試洞內(nèi)，在規(guī)定壓力下將水壓入橡皮袋中，使橡皮袋擴(kuò)張到與試洞底和試洞壁相接觸，根據(jù)所用水量確定試洞體積，用來測量不能成型的松散的壓實度。

2.3 無損壓實度檢測方法

核子密度儀是利用放射性材料來測定密度和含水量，雖然具有非破壞性的優(yōu)點，但輻射性會損害操作人員的身心健康，而且每次測試之前都需要校正，對操作人員的要求較高。路用探地雷達(dá)是采用連續(xù)發(fā)射電磁波，利用電磁波反射譜的形狀及脈沖間距反算目標(biāo)的深度和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，目前在我國主要用在地層脫空識別、裂縫大小評估、道路結(jié)構(gòu)層厚度檢測、地下資源探測等方面。

2.4 常用檢測方法的特點

以上常規(guī)壓實度檢測方法，評估壓實狀態(tài)和測量壓實度不能在壓實過程中進(jìn)行，只能在道路施工結(jié)束后取出一些具有代表性的點進(jìn)行測試試驗，這樣做有很多問題，例如代表性差，不能準(zhǔn)確了解整條道路的壓實度，只能大概估計一下壓實程度，描述不夠具體，并且測試過程有很多工作要做，麻煩復(fù)雜，數(shù)據(jù)的誤差相對來說還是比較大的，測試周期較長?？梢姡瑸榱藢簩嵾^程進(jìn)行實時控制，保證每個施工階段以最低的施工成本達(dá)到最優(yōu)的壓實度標(biāo)準(zhǔn)，采用一種快速檢測技術(shù)是很必要的。

3 壓實度儀的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

查閱相關(guān)文獻(xiàn)了解到，從20世紀(jì)70年代開始國外就開始對振動壓路機(jī)機(jī)載式壓實度計進(jìn)行開發(fā)，如日本的科研單位曾使用加速法進(jìn)行壓實度檢測、把加速度傳感器預(yù)埋在碾壓層的底部，在對道路材料進(jìn)行碾壓時安置在振動壓路機(jī)上的加速度采集儀，采集振動碾壓過程中的加速度信號，通過設(shè)定的程序把加速度信號轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的壓實度值。還有德國Bomag公司研發(fā)的壓實度智能檢測系統(tǒng)及英國壓實技術(shù)公司申請的“土體壓實度進(jìn)行監(jiān)測的方法和設(shè)備”等。

在國內(nèi)，壓實度儀的研究主要集中在連續(xù)快速檢測壓實度儀器上，江蘇寶應(yīng)某儀器廠曾研發(fā)了該類型壓實度儀器，在Y16H型振動壓路機(jī)上試裝過，由于沒有采用計算機(jī)智能控制技術(shù)而出現(xiàn)顯示值與實測壓實度對應(yīng)關(guān)系較差的問題。河南省洛陽市某公司也研發(fā)了“智能化壓路機(jī)路面壓實度檢測儀”、寶應(yīng)四明有限公司與徐州工程機(jī)械廠共同開發(fā)研制的SMC-960A密實度測量儀、水利水電科學(xué)研究院研制的YS-1壓實度儀和蘇州市交通研究所研制出的壓實度比較儀MSY-100。

上述這些壓實度檢測儀器由于受到操作技術(shù)、設(shè)備價格、計算結(jié)果準(zhǔn)確性等因素的影響，到現(xiàn)在為止還沒有理想的壓路機(jī)機(jī)載式的壓實度快速連續(xù)檢測系統(tǒng)。如何將壓實度計適用于不同機(jī)械、不同施工材料，并提高測量的精確，還需要進(jìn)一步的研究與嘗試，壓實度儀正在向智能操作、定點控制、控制智能化發(fā)展。

4 落錘式彎沉儀

4.1 彎沉壓實理論

壓實度和彎沉值是衡量道路工程質(zhì)量好壞的兩個重要技術(shù)指標(biāo)，壓實度是表示空隙多少，彎沉值是表示強度大小。同材料、同配比、同類型、同厚度的機(jī)構(gòu)層，壓實度大，則彎沉值小，強度高。反之，壓實度小，則彎沉值大，強度低。已有多數(shù)學(xué)者對壓實度與彎沉值之間的相關(guān)性進(jìn)行了研究，根據(jù)大量的室內(nèi)數(shù)據(jù)和室外檢測實驗，得出壓實度與彎沉值之間高度相關(guān)，并擬合了彎沉壓實度曲線，其近似于一條方向向下的對數(shù)曲線。

4.2落錘式彎沉儀

彎沉檢測新技術(shù)落錘式彎沉儀(FWD)是通過測量道路結(jié)構(gòu)的彎沉盆，然后用彎沉值根據(jù)相應(yīng)公式可以得到道路各結(jié)構(gòu)層的壓實度和動態(tài)模量，但其設(shè)備價格太高、需要配置特殊的測試車來輔助測試、檢測過程相對復(fù)雜。繼FWD德國研發(fā)了一種手持落錘式輕型落錘試驗儀(型號為ZFG3000)，可以快速測出動態(tài)變形。

手持式落錘彎沉儀檢測系統(tǒng)通過測試人員手動提升重錘，然后自然下落對路面施加沖擊荷載，荷載的大小為固定重錘的沖擊力，并通過剛性承載盤作用到路面上，路面的變形由承載盤內(nèi)部的位移傳感器測出，每測量一次，都有對應(yīng)的彎沉值和測試曲線圖。手持式落錘彎沉儀具有速度快、精度高的優(yōu)點，并較好地模擬了行車荷載的動力作用，目前被認(rèn)為是較為理想的路面無損檢測設(shè)備。

4.3 手持落錘彎沉儀的優(yōu)點

手持落錘彎沉儀具有以下幾個方面的優(yōu)點：操作簡單，一個檢測人員就可以完成檢測，節(jié)省人力資源；本檢測方法屬于無損檢測，不會對已經(jīng)成型的道路結(jié)構(gòu)造成損害，有廣闊的發(fā)展前景；檢測儀有一個數(shù)據(jù)分析測試箱，還有一個對應(yīng)的分析查看軟件，基本上實現(xiàn)了測試過程的智能化，受試驗檢測人員技術(shù)水平的影響較小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

手持落錘彎沉儀由于檢測過程的智能化，測試數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定，很好的解決了數(shù)據(jù)離散這一問題，可以在碾壓進(jìn)行過程中掌握壓實的程度。

5 結(jié) 論

綜上所述，目前常用的道路工程壓實度檢測技術(shù)存在缺陷，采用一種快速無損檢測技術(shù)是很必要的，而手持式落錘彎沉儀新設(shè)備和新方法的應(yīng)用正使著壓實度檢測技術(shù)向著操作快捷、智能高效、測試周期短等方面發(fā)展，對保證工程質(zhì)量有著重要的意義，這種無損快速檢測系統(tǒng)將在公路工程建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

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