土方路基壓實(shí)度檢測中挖坑設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用

許新水，賈玲燕，鄭 軒

(廣東交科檢測有限公司，廣州 510550)

0 引言

壓實(shí)度是公路路基工程施工質(zhì)量控制較重要的指標(biāo)之一，只有對路基結(jié)構(gòu)層進(jìn)行充分壓實(shí)，才能保證路基的強(qiáng)度及使用壽命[1]。公路路基壓實(shí)度檢測常用的是灌砂法,公路行業(yè)采用灌砂法檢測路基壓實(shí)度的歷史，可追溯到《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 051-93)，直至《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG 3450-2019)，對路基壓實(shí)度檢測依舊將灌砂法作為標(biāo)準(zhǔn)的方法[2]。灌砂法作為現(xiàn)場測定路基壓實(shí)度的主要方法，其操作過程看似比較簡單，但實(shí)際操作過程中存在試坑不標(biāo)準(zhǔn)、耗時(shí)長、水分蒸發(fā)等問題。一方面容易造成試驗(yàn)誤差較大[5-6]；另一方面因檢測時(shí)間較長，容易影響路基工程的施工進(jìn)度。

本文依托沈陽至?？趪腋咚俟飞俏碴懾S至深圳龍崗段改擴(kuò)建工程路基施工的壓實(shí)度檢測，針對傳統(tǒng)的人工挖坑效率低、易造成試驗(yàn)誤差大等問題，開發(fā)了壓實(shí)度檢測挖坑設(shè)備，并在該工程進(jìn)行了應(yīng)用，對采用設(shè)備檢測壓實(shí)度試坑結(jié)果的準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了對比分析。

1 設(shè)備構(gòu)成

從灌砂法檢測壓實(shí)度的方法中可知，置換的試坑的體積是影響壓實(shí)度檢測效率、檢測結(jié)果的主要因素，若想試坑規(guī)整，需要花費(fèi)較長時(shí)間進(jìn)行修整，從而影響檢測效率，無形中增加了人工等成本。針對傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測采用人工開挖試坑效率低、誤差大等問題，開發(fā)了壓實(shí)度檢測試坑開挖設(shè)備。該設(shè)備采用汽油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一定轉(zhuǎn)速的特制刀頭，代替人工挖坑步驟，通過排土、收土機(jī)構(gòu)收集土樣。設(shè)備整體由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)及刀頭機(jī)構(gòu)等組成，工作時(shí)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力帶動(dòng)刀頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，借助導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)，通過固定機(jī)構(gòu)穩(wěn)定整臺(tái)設(shè)備。設(shè)備構(gòu)造如圖1～圖3所示。

圖1 整機(jī)構(gòu)造

圖2 刀頭機(jī)構(gòu)

圖3 設(shè)備實(shí)體

2 設(shè)備驗(yàn)證與分析

沈陽至海口國家高速公路汕尾陸豐至深圳龍崗段改擴(kuò)建工程TJ5標(biāo)施工段落內(nèi)(樁號K71+650-K91+940段)取土場土質(zhì)主要為強(qiáng)風(fēng)化土、一般黏性土、砂礫土，采用傳統(tǒng)的人工和設(shè)備分別對路基進(jìn)行壓實(shí)度的試坑體積、計(jì)算的壓實(shí)度結(jié)果、耗時(shí)等進(jìn)行驗(yàn)證分析。

2.1 設(shè)備準(zhǔn)確性驗(yàn)證方法

根據(jù)依托工程土方路基填筑的實(shí)際層厚，分別采用人工、設(shè)備開挖相同深度的試坑。用標(biāo)準(zhǔn)砂置換出的人工開挖試坑體積、設(shè)備開挖試坑體積與直接計(jì)算試坑體積對比，通過試坑與理論體積的吻合程度、操作用時(shí)及對壓實(shí)度的影響，綜合驗(yàn)證本設(shè)備。

(1)根據(jù)規(guī)范標(biāo)定灌砂桶圓錐體的耗砂量(m2)，標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)砂密度ρs。

(2)在已經(jīng)碾壓完成的施工段落，隨機(jī)選取一處表面平坦且面積不小于設(shè)備底座的測點(diǎn)位置，并用毛刷清掃干凈。

(3)將設(shè)備放置在已經(jīng)清掃的試驗(yàn)區(qū)域，用固定銷固定，啟動(dòng)設(shè)備，同時(shí)將出土口套上接樣容器后進(jìn)行挖坑。在挖坑過程中，不應(yīng)使挖出的土樣丟失，并隨時(shí)將刀頭帶出來的土收集，防止水分蒸發(fā)。操作過程中不得有下層材料混入。試坑開挖完成后，測量試坑的深度與直徑。

(4)根據(jù)量砂標(biāo)定結(jié)果，灌入灌砂筒內(nèi)相同質(zhì)量的砂(m1)。灌砂筒與試坑對中，打開開關(guān)，讓量砂流入試坑內(nèi)，直到灌砂桶內(nèi)的砂不再下流時(shí)，關(guān)閉開關(guān)。取走灌砂筒，并稱量其剩余砂的質(zhì)量(m3)，準(zhǔn)確至 1g。

(5)重復(fù)以上步驟進(jìn)行不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同層厚的檢測，采集試坑數(shù)據(jù)。

(6)試坑體積采用下式計(jì)算：

式中：V—試坑體積(cm3)；

(7)按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG 3450-2019)進(jìn)行人工開挖相同深度的試坑，進(jìn)行試坑體積置換，并結(jié)合測得的濕土樣質(zhì)量、含水率，計(jì)算壓實(shí)度。

2.2 驗(yàn)證結(jié)果分析

采用傳統(tǒng)的人工和設(shè)備分別對路基進(jìn)行壓實(shí)度檢測，如圖4～圖7所示。與同樣直徑和深度的壓實(shí)度試坑理論體積、計(jì)算的壓實(shí)度結(jié)果、耗時(shí)進(jìn)行對比，對比結(jié)果見表1～表3，繪制成體積、壓實(shí)度、耗時(shí)曲線，如圖10～圖12所示。

圖4 人工挖坑

圖5 設(shè)備挖坑

圖6 人工挖坑的效果

圖7 設(shè)備挖坑的效果

從表1和圖8可以看出，設(shè)備挖坑的體積平均誤差為157cm3，人工挖坑的體積平均誤差為633 cm3，相比人工挖坑，設(shè)備開挖試坑的體積誤差大幅度降低，誤差降低率達(dá)303%?；仡櫖F(xiàn)場檢測過程，試坑體積誤差主要受坑洞的直徑不規(guī)范影響較大，實(shí)際人工檢測中，往往會(huì)將試坑挖成鍋底的形狀，尤其是在接近試坑底部的位置，采用設(shè)備挖坑可解決此問題。圖6和圖7分別為人工挖坑和設(shè)備挖坑的效果圖，可以看出，采用設(shè)備開挖試坑的尺寸和形狀明顯比人工開挖的要規(guī)整。

表1 壓實(shí)度試坑體積對比

圖8 試坑體積對比曲線

結(jié)合表2和圖9可以得出，設(shè)備挖坑的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.6，人工挖坑的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差為1.3，相比人工，采用設(shè)備進(jìn)行試坑開挖后的壓實(shí)度離散性大幅度降低，降低率為116%。

表2 壓實(shí)度結(jié)果對比

圖9 壓實(shí)度對比曲線

從表3和圖10可以看出，設(shè)備試坑開挖平均耗時(shí)2.2min，人工進(jìn)行試坑開挖平均耗時(shí)19.9min，相比人工，采用設(shè)備挖坑的用時(shí)大幅度降低，壓實(shí)度的檢測效率提升9倍，相比傳統(tǒng)的人工挖坑方法，檢測效率顯著提高。

表3 壓實(shí)度挖坑耗時(shí)對比

圖10 挖坑耗時(shí)對比曲線

3 結(jié)語

本文介紹了路基壓實(shí)度檢測的挖坑設(shè)備，通過試驗(yàn)驗(yàn)證表明，該設(shè)備挖坑的體積更標(biāo)準(zhǔn)、效率高，且操作方便，相對人工平均單坑試驗(yàn)時(shí)間可節(jié)省17.7min，有效縮短了壓實(shí)度檢測時(shí)間；同時(shí)設(shè)計(jì)了收土機(jī)構(gòu)，有效減少了土樣含水率的損失。結(jié)合工程實(shí)踐情況，本文的挖坑設(shè)備除了提高壓實(shí)度試坑體積的規(guī)范性、真實(shí)反映了土方路基壓實(shí)情況外，還解決了人工挖坑耗時(shí)較長，導(dǎo)致數(shù)據(jù)離散性較大等問題。