灌砂法在公路路基試驗檢測中的應(yīng)用研究

(河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

路基是公路的基礎(chǔ)，承受著自身的巖土重量和路面重力及通過路面?zhèn)鬟f的行車荷載，是整個公路結(jié)構(gòu)中最為重要的一部分。壓實度是檢驗路基狀況的主要指標，若壓實度不足，極易影響路基穩(wěn)定性，甚至產(chǎn)生更大危害，因此，檢測路基壓實度具有重大意義。當(dāng)前，已有很多試驗檢測方法用于路基壓實度檢測，如灌砂法、環(huán)刀法等，這些檢測方法各有優(yōu)缺點，其中最常見的為灌砂法，可以準確、快速、全面將路基壓實質(zhì)量反映出來，因此，做好灌砂法試驗檢測研究是公路建設(shè)發(fā)展的迫切要求。

1 灌砂法的基本原理

當(dāng)前，在很多工程路基壓實度檢測中都會采用灌砂法，一般可用于細粒土、砂類土、礫類土密度的現(xiàn)場測定。5～6 mm為試樣最大粒徑范圍，150～200 mm為密實層厚度范圍。但在填石路堤等大孔隙材料壓實度檢測不太實用。灌砂法的基本原理是從一定高度將潔凈的均勻砂(0.25～0.50 mm、0.30～0.60 mm)自由下落到試驗洞中，根據(jù)單位重不變的原理進行試驗洞的溶積進行測量，換言之，通過標準砂進行試洞內(nèi)集料的置換，且與集料含水量結(jié)合，從而將試樣內(nèi)的實測干密度測算出來。一般情況下，在粗粒土密度檢測中也可采用灌砂法。

2 影響灌砂法在公路路基試驗檢測中應(yīng)用的因素

2.1 選點及檢測頻率

選點合理，才能保證測定的壓實度準確。須在合理范圍內(nèi)控制選點數(shù)量，若選點數(shù)量不足，極易造成試樣不具代表性的情況，從而不能真實、準確地反映路基壓實度。相反，當(dāng)選點數(shù)量太多的情況下，則會造成人力、物力、財力的浪費，嚴重影響工作效率。

2.2 干密度最大值

利用室內(nèi)標準擊實試驗可獲取干密度極限值，通常也會遇到試驗結(jié)果和實際測量結(jié)果存在偏差較大的情況，這種情況下，勢必會影響壓實度檢測結(jié)果的準確性。在室內(nèi)標準擊實試驗中，應(yīng)由施工方和監(jiān)理方共同進行取樣，選擇具有代表性的點作為試點，并對各試點進行對比試驗，提高干密度最大值的準確度。

2.3 試坑深度

根據(jù)現(xiàn)行公路路基現(xiàn)場測試規(guī)程相關(guān)規(guī)定，試坑深度應(yīng)與測定層厚度一致，且不允許混入下層材料。通常情況下，20 cm為每層壓實厚度，因此，可選擇20 cm作為試坑深度。在現(xiàn)場施工中極易出現(xiàn)挖坑深度不足現(xiàn)象，碾壓時壓路機的應(yīng)力主要呈倒三角形分布，因此，就每層壓實度來講，下部壓實度永遠小于上部壓實度。為此，若挖坑深度不足，必定會影響壓實度測量結(jié)果。因此，必須重視挖坑深度問題，盡可能滿足標定深度，確?？颖诠P直，不會出現(xiàn)上下不一情況，按照以往經(jīng)驗，多選擇15 cm為試洞深度。若以此深度檢測基本上可達到規(guī)定要求，且能夠?qū)y定層壓實度很好地反映出來，可進一步提升檢測效率。

2.4 灌砂時間

灌砂結(jié)束時間為邊緣處標準砂停止流動10～20 s時停止，一般砂子都是從中心流動再擴散到邊緣處，由于不能直接觀察到中心處砂的流動趨勢，若提前停止灌砂，很可能出砂灌入量不足現(xiàn)象，進而影響壓實度測量結(jié)果。

3 工程概況

某公路工程全長15.7 km，東西走向，經(jīng)實地勘察可知，本地區(qū)土質(zhì)條件不好，且具有較高地下水位。為此，決定采用良好級配的回填土用于路基底基層。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，決定分層壓實，20 cm為每層松鋪厚度，通過光面壓路機(12～15 t)進行碾壓施工，從而滿足施工規(guī)范要求。

由室內(nèi)擊實試驗可得2.14 g/cm3為填料最大干密度，8.0%為最佳含水率。按照公路基層壓實度相關(guān)規(guī)范要求，路基壓實度應(yīng)在95%以上。為了確保路基壓實度滿足施工要求，選擇K2+100～K2+320段為試驗段，每隔20 m隨機選點，通過灌砂法進行路基壓實度測定，并分析試驗結(jié)果。

4 試驗方法及結(jié)果分析

4.1 試驗方法

本試驗以K2+100～K2+320段為試驗段，按照K2+100～K2+200、K2+220～K2+320，每段100 m分2組完成試驗，每組取測點6個，碾壓遍數(shù)以6遍、8遍、10遍進行碾壓。通過灌砂法在施工現(xiàn)場將每一個試樣的密度測定出來，并取樣。隨后在恒溫烘箱內(nèi)進行12 h烘干，并進行試樣含水率計算，從而得出試樣的壓實度、干密度。

4.2 試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗計算結(jié)果，可得出各個試樣的密度、含水率、干密度、壓實度，具體如表1所示。

由此可得，樁號K2+100～K2+200段的試樣平均密度為2.17 g/cm3；樁號K2+220～K2+320段的試樣平均密度為2.25 g/cm3。結(jié)合表1所得試樣密度、含水率等數(shù)據(jù)，通過最小二乘法進行曲線擬合。通過曲線圖可知，隨壓實遍數(shù)從6遍增至10遍的過程中，試樣的平均密度也在隨之增加，同時路基壓實度也隨之提升。基于此，在工程試驗中，為增加壓實功能，可采用大噸位壓路機，或增加壓實遍數(shù)，從而提升壓實效果，達到增強路基強度的目的。但是當(dāng)壓實遍數(shù)達到10遍時，壓實度出現(xiàn)了超100%現(xiàn)象，即K2+320試樣壓實度為101.8%，表明現(xiàn)場壓實功能在室內(nèi)壓實試驗的擊實功以上，進而影響試樣干密度。

表1 試驗結(jié)果表

本試驗段的含水率平均值約為7.5%，隨著壓實遍數(shù)的增加，含水率有所下降。原因在于相比室內(nèi)擊實試驗測量的最佳含水率，天然土的含水率往往略低，加之室外施工受溫度影響，含水率也會有所降低。但是從表1可以明顯看出在K2+120段時含水率達到了10.65%，且該試樣的密度最小，僅為1.94 g/cm3，因此壓實度也有所下降，為90.6%。產(chǎn)生這種問題的根本原因在于土壤含水率下降，將會加大土顆粒之間的內(nèi)摩擦阻力，當(dāng)壓實度達到一定值時，壓實功則無法在對土壤變形抗力產(chǎn)生阻力，因此會影響壓實所得的密實度。當(dāng)加大試樣含水率后，在顆粒間水可起到潤滑效果，從而增大密實度。若含水率增至某一界限以上，同樣會降低土壤的內(nèi)摩擦阻力，但在此階段土壤內(nèi)的水量卻在不斷增多?；谒牟豢蓧嚎s特點，反而會降低土壤的密實度。通過現(xiàn)場觀察可見，在K2+120段周圍地勢偏低，而且存在較為明顯的毛細作用，含水量大。為改變這一現(xiàn)象，可利用晾曬或換填其他填料的方式進行處理。

通過上述分析可得，隨壓實功能的變化，土的最大干密度、最佳含水率均會隨之變化。在壓實功能增加時，最大干密度隨之增加，但最佳含水率隨之下降。這種增加或下降的速率呈遞減狀態(tài)，為此，僅僅依靠增加壓實功能的方式來增加土的最大干密度是具有一定局限性的。此外，所有試樣中，除K2+120段以外，碾壓遍數(shù)在6遍及其以上時，單點壓實度均在93%以上，為滿足規(guī)范值95%的要求，碾壓遍數(shù)定為8遍最為合適。

5 結(jié)語

灌砂法是公路路基壓實度檢測的主要方法之一，其優(yōu)勢在于操作便捷、準確率高，能夠真實地反映路基壓實度情況。因此，在試驗檢測當(dāng)中，必須了解其基本原理，找出影響因素，才能更好地運用此項技術(shù)，從而提高檢測的精準度，保證公路施工質(zhì)量。