動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀在高速公路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測上的應(yīng)用

蔡玉潔 王 偉

（重慶巨能建設(shè)集團(tuán)四川有限公司，四川 成都610000）

高速公路路基壓實(shí)質(zhì)量能夠直接影響路基的運(yùn)行能力、路面荷載、抗車轍能力、抗病害能力等。在高速公路工程建設(shè)中，工作人員要想精準(zhǔn)掌控路基壓實(shí)質(zhì)量情況，就要充分利用動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀優(yōu)勢(shì)，借助儀器設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)情況檢測。工作人員要根據(jù)有關(guān)規(guī)定制定壓實(shí)質(zhì)量檢測方案，明確質(zhì)量檢測流程與參數(shù)，借助相應(yīng)的計(jì)算公式完成最大干密度與含石量檢測，分析研究檢測結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路基穩(wěn)定性問題與變形隱患，為進(jìn)一步提升路基壓實(shí)度提供重要依據(jù)。這是動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀在公路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測中的重要作用與獨(dú)特價(jià)值[1]。

1 工程案例

1.1 工程概況

新疆地區(qū)某二級(jí)公路工程，起止樁號(hào)為K0+000～K12+964.07，全線長120 千米，總工期共計(jì)18 個(gè)月，工程投資約為26528萬元。本工程包括：土石方、中橋，路基寬度為12 米，雙向兩車道，按照二級(jí)公路等級(jí)設(shè)計(jì)斷面布置情況。本次工程中的壓實(shí)度為必須測試的指標(biāo)，由于路線較長，每個(gè)工作日需要填筑的砂礫石料數(shù)量較大，全線壓實(shí)度檢測任務(wù)量巨大，需要檢測5 萬次左右。

傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測技術(shù)無法滿足如此大量的檢測要求，工作人員引入動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀，在路基位置設(shè)置不同測試點(diǎn)，展開動(dòng)態(tài)回彈模量檢測，通過最大干密度檢測與含石量檢測結(jié)果分析壓實(shí)度情況，為找出路基薄弱點(diǎn)提供可靠依據(jù)。動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀的應(yīng)用大大提高了路基壓實(shí)度檢測效率，提升了試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性[2]。

1.2 動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀在路基壓實(shí)質(zhì)量檢測中的應(yīng)用原理

動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀在公路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測中應(yīng)用，主要是借助動(dòng)態(tài)變形模量Evd 指標(biāo)檢測路基的承載力，能夠廣泛運(yùn)用于各種受荷載作用的路基質(zhì)量檢測中。工作原理為：進(jìn)行一定質(zhì)量的落錘處理，通過阻尼裝置、承載板對(duì)路基產(chǎn)生沖擊，促使路基沉陷，模擬車輛流通過程中對(duì)路基造成的動(dòng)荷載作用力；在同等沖擊條件下，記錄、計(jì)算路基動(dòng)態(tài)形變模量Evd 指標(biāo)[3]。一般情況下，路基的壓實(shí)度越大，沉陷值越小，動(dòng)態(tài)變形模量數(shù)值越高，具體檢測過程如下：

1.2.1 檢測之前，需要做如下工作：（1）保證測試面平整無異物，讓儀器設(shè)備的荷載板與路面直接接觸，若路面凹凸不平，則可用少量細(xì)沙填平；（2）保證動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀導(dǎo)向桿垂直于地面；（3）控制動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀落距符合規(guī)范要求。

1.2.2 工作人員需要遵循如下測試步驟：（1）將動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀荷載板放置在需要檢測的路基測試面上方，安裝導(dǎo)向桿，調(diào)整導(dǎo)向桿角度，控制角度=90°；（2）提升落錘，將其掛在掛鉤裝置上，之后讓落錘自由脫鉤落下，在落錘回彈之后將其掛在掛鉤裝置，反復(fù)操作3 次，完成預(yù)沖擊處理；（3）按照（2）的操作再次重復(fù)3 次，此為正式測試，記錄正式測試數(shù)據(jù)；（4）在測試時(shí)需要避免荷載板的移動(dòng)與跳躍，精準(zhǔn)記錄每個(gè)測試點(diǎn)的工作名稱與測試位置，記錄土壤成分、含水率、含石率及其他參數(shù)。

1.2.3 結(jié)合工作原理，分別記錄三次測試結(jié)果，參考指標(biāo)包括：Sm（沖擊測試的沉陷值，三次沖擊平均值，單位為mm）、Evd（動(dòng)態(tài)變形模量值，單位為MPa 或MN/m2），按照平板壓力公式計(jì)算：Evd =1.5×r×σ/s（2.2-1），實(shí)測結(jié)果為：Evd=22.5/s（2.2-2）。在公式中，Evd 數(shù)值需要計(jì)算到0.1 MPa；r 為承載板半徑，本工程數(shù)值為150mm；σ 為荷載板下方受到的最大作用力，沖擊時(shí)間ts=18ms，因此σ=0.1 MPa；1.5 為承載板形狀影響系數(shù)。

2 高速公路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測中動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

針對(duì)本工程的動(dòng)態(tài)回彈模量測試，確定公路路基原材料為天然土石混合料，根據(jù)不同路段、層位的公路路基設(shè)計(jì)要求，以《公路路基路面現(xiàn)場測定規(guī)程》為主要依據(jù)，結(jié)合《落錘式動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀測定動(dòng)態(tài)回彈模量實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)測定，獲取指標(biāo)檢測路基壓實(shí)質(zhì)量[4]。

2.2 路基壓實(shí)質(zhì)量檢測實(shí)驗(yàn)過程

按照上述“測試步驟”分別規(guī)范完成操作，動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀的原理就是借助落錘從一定高度脫鉤自然下落時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載傳遞給荷載板，此時(shí)荷載板下方的路基面會(huì)產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，導(dǎo)致荷載板呈現(xiàn)，這也是阻尼振動(dòng)的振幅。工作人員要利用測定儀將沉陷結(jié)果記錄下來，借助Evd =1.5×r×σ/s（2.2-1）進(jìn)行計(jì)算，之后根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)規(guī)程的路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.3 路基壓實(shí)質(zhì)量檢測結(jié)果分析

在本工程中使用動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行測試，分別得到如下測試結(jié)果。

2.3.1 原材料分析結(jié)果。選擇路基沿線最具代表性的原材料進(jìn)行測試，得到結(jié)果為：原材料A 的最大粒徑為100mm，天然含石量約為66.7%，得到級(jí)配曲線圖為圖1。原材料B 最大粒徑為20mm，天然含石量約為36.6%，得到級(jí)配曲線圖為圖2。

圖1 原材料A 的級(jí)配曲線圖

圖2 原材料B 的級(jí)配曲線圖

2.3.2 路基壓實(shí)的最大干密度檢測結(jié)果。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》文件內(nèi)容，允許最大粒徑dmax＜60mm，為了解確定原材料A 的最大感密度，工作人員利用相似級(jí)配延伸法進(jìn)行處理，擬定MR=1.7、MR=2.5、MR=5.0 模比，配置土石混合料，利用濕土法進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)，得到不同模比的最大干密度試驗(yàn)結(jié)果（如表1）及相似模比與最大干密度關(guān)系圖（如圖3）。

表1 最大干密度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 相似模比與最大干密度關(guān)系圖

考慮相似模比與最大干密度之間的線性關(guān)系，確定有關(guān)系數(shù)為R2=0.9574，得到公式為y=-0.0305×x+2.1098（y 為最大干密度，x 為相似模比），可以發(fā)現(xiàn)，若相似模比為1.0 時(shí)，最大干密度為2.38g/cm3。之后，工作人員借助相同的方法處理原材料B，得到最大干密度為2.17g/cm3。

表2 含石量檢測結(jié)果

根據(jù)檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場含石量與烘干狀態(tài)下的含石量沒有明顯差距；且使用現(xiàn)場濕土法對(duì)含石量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)干土狀態(tài)下的含石量更大，能夠更直觀反映真實(shí)的含石量情況。

2.3.4 結(jié)合動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀在路基壓實(shí)度檢測中的應(yīng)用全過程可以發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)回彈模量之間存在著相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，且相較于傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測技術(shù)，這一設(shè)備能夠?qū)z測數(shù)據(jù)以更直觀的折線圖的形式展示出來，為工作人員的數(shù)據(jù)分析與壓實(shí)度判斷工作提供重要依據(jù)。此外，借助動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀進(jìn)行壓實(shí)度質(zhì)量檢測，能夠有效縮短檢測時(shí)間，且設(shè)置更多的檢測點(diǎn)，獲取更全面的數(shù)據(jù)[5]。

3 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)高速公路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測中動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)分析表明，動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀在檢驗(yàn)路基壓實(shí)情況方面具有重要作用。結(jié)合本次工程案例分析可以發(fā)現(xiàn)，相較于以往的壓實(shí)質(zhì)量檢測技術(shù)，這一檢測儀器的應(yīng)用更加符合土體動(dòng)力特征，具有科學(xué)性。在高速公路建設(shè)工程不斷發(fā)展的過程中，大量的先進(jìn)工藝技術(shù)被應(yīng)用于施工過程中，路基填筑情況發(fā)生變化，傳統(tǒng)壓實(shí)質(zhì)量檢測技術(shù)已經(jīng)不能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供精準(zhǔn)可靠的檢測數(shù)據(jù)，將動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀運(yùn)用于壓實(shí)質(zhì)量檢測中是公路工程建設(shè)與發(fā)展的必然趨勢(shì)。在今后的壓實(shí)質(zhì)量檢測中，工作人員運(yùn)用動(dòng)態(tài)回彈模量測試儀，要以地區(qū)公路工程有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以工程現(xiàn)場情況為資料，保證檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)性、實(shí)效性與可用性。