基于EVD的一種土石方填筑壓實度快速檢測方法研究

葉田嬌

摘 要：土石方填筑路基的壓實質量，不僅影響整個路基的抗變形能力以及承載能力，同時，對于路基的使用壽命以及相關服務水平也起著至關重要的作用。以往對土石方填筑路基壓實度的檢測方法，采用灌水法、環(huán)刀法以及灌砂法等，這些檢測方法不僅需投入大量的人力、物力，而且操作相當復雜，重要的是檢測時間較長?；诖?，為驗證基于EVD的一種土石方填筑壓實度的快速檢測方法以及其可行性，我們在正在施工的臨渭高速施工現場，選取不同路基填料完成實驗室檢測，并建立EVD與壓實度之間的相關關系，從而快速、準確的檢測路基的壓實度。本文分別對不同路基，如紅沙巖路基、頁巖土，粉土路基以及紅砂巖路基進行檢測，并建立EVD與壓實之間的關系，證實具有良好的相關性。

關鍵詞：EVD;土石方填筑;壓實度;快速檢測

0 引言

土石方路基如果壓實不充分，必然會導致工后沉降的過量產生，從而引發(fā)路基路面病害以及一系列工程隱患等問題。就土石方填筑路基而言，填料的具體組成成分以及壓實成型是決定工程質量好壞的重要因素。由于本研究項目為重慶某市政道路項目，地質多變，通常路基填料以頁巖土、鹽漬土為主，為此，缺乏優(yōu)質的路基填料，成了重慶市公路建設過程中長期以來面臨的問題。在此條件下，能夠合理、有效檢測路基壓實度，進而控制路基指標，成為該地區(qū)建設公路路基質量控制的唯一途徑。然而隨公路建設進程的不斷加快，路基壓實質量控制的種種不足日益凸顯，主要表現為檢測過于單一，片面化。從靜態(tài)指標來看，路基壓實質量測量不夠客觀合理。為此，有必要采取動靜結合、指標互補的檢測方案，來控制路基質量，同時擴大檢測范圍、細節(jié)部位，增強監(jiān)測頻率。本文通過便攜式動態(tài)變形模量測量儀，將所檢測到的動態(tài)變量模量即EVD與路基壓實度之間建立一系列相關關系，進而高效、快速的得到路基的壓實度，對土石方填筑路基壓實度的控制來說，具有良好的優(yōu)勢，值得同行應用借鑒。

1 土石方混合料性質

1.1 土石方材料定義

土是由地殼表層的巖石在自然界中陽光、空氣、水以及各種生物的共同作用下形成的產物。隨時間的推移以及地質環(huán)境的不斷演變，巖石逐漸被堆積、分裂，搬運，而后形成形狀、成分以及大小不同的顆粒結合體。巖石是構成地殼的自然物體，同時也是一種礦物或多種礦物組成的共同集合體，通常巖石較為堅硬，經過長期地質運動和造巖過程，巖石會逐步形成不同節(jié)理裂縫、層理等多種結構面。土石方混合料是由表面層土及巖石在外力作用下形成的。目前針對土石方混合料沒有明確定義。按照國家公路土工試驗規(guī)程，將土石方定義為：在土石方混合料中，巨粒土是巨料組質量多于總質量的5%，漂卵石是巨料組質量多于總質量的75%，石夾土是巨料組質量多于總質量的75%～50%，漂卵土是這巨料組質量多于總質量的50%～15%。通常巨料組質量少于總質量15%的土，可將其分為粗料土或細料土，粗粒土是粗粒組質量多于總質量的50%，砂類土是礫粒組質量小于或等于總質量的50%。

1.2 土石方混料分類

按照土石方中粗顆粒含量不同進行分類時，大多以粗顆粒含量70%以及30%作為分界點，當土石方中粗顆粒的含量≥30時，該工程特性主要決定于土石方混合料的細料，當土石方中粗顆粒含量在30%～70%時，其特性取決于土石方中粗顆粒和細顆粒的混合作用。從巖石不同進行分類時，可將土石方混合料分為以下二類：一是，強度低易風化類。這類混合料中礦物含量比較高，容易吸水且軟化性較強，抗壓強度一般低于15 MPa。在干濕循環(huán)過程中，極易破碎崩解。二是，強度及抗風化能力中等類。該類土石方中包含大多數泥板巖、泥質礫巖、凝灰?guī)r等。其抗壓強度介于15 MPa～30 MPa。這類巖石中礦物含量較低，一般低于5%。具有較強的抗氧化能力，但經吸水后，會出現不同程度的軟化，但不會發(fā)生崩解破碎。按照土石方中最大粒徑不同進行分類，相比細粒土，土石方混合料區(qū)別最大在于其粒徑較大。國內習慣采用粒徑為5 mm的土石方混合料，將其作為分界粒徑，即細顆粒為小于5 mm，粗顆粒為大小5 mm，大量研究表明，土石方混合料的工程特性主要受粗顆粒含量的影響，而受級配變化和最大粒徑的影響較小。因此，從工程應用方便的角度來看，土石方混合料粒徑，其界限應劃為應5 mm。

2 實驗儀器及方案

2.1 實驗儀器

本次實驗中，所采用的儀器為德國生產的便攜式動態(tài)變形模量檢測儀，型號為HMP LFGpro型。該檢測儀主要用于土石方填筑地基表面填平后，依次按照30 cm、40 cm、50 cm松鋪厚度，對其路基進行碾壓，檢測其動態(tài)變形模量和彎沉值，進一步對路基抗變形和承載力進行客觀評估。該設備操作簡單，每個檢測點只需兩分鐘即可實時檢測路基抗變形及承載力。

2.2 實驗方案及方法

第一，劃分填料類型。為便于后續(xù)有效分析EVD與路基壓實度之間的關系。在施工現場選擇不同的路基填料，在實驗室完成液塑限及篩分等相關參數的檢測，以獲得正確的土石方填料路基工程分類。

第二，快速、高效檢測方案。測試儀的各個檢測點，是基于路基壓實程度進行布設的，盡可能對EVD數據的檢測范圍，實施多地擴散，能夠快速給出相應路基的準確壓實度，結合施工現場需要，釆用傳統灌砂法，選取相應點進行進一步驗證。對于重慶某市政道路k94+135處，該路基屬于頁巖土路基，該處各檢測點之間的布設應相距10 m，以路基中心線為準，依次展開檢測，同時檢測范圍應覆蓋整個填筑路基的施工面。

3 分析實驗結果

3.1 頁巖土路段相關性測試

采用便攜式動態(tài)變形模量測試儀，檢測路基拱涵頂高填方段的壓實度，對于涵頂填高設計為51 m，93區(qū)為本次檢測路基層面，該路基為頁巖土，表面填筑土石方，粒徑為5 mm，最佳含水率和最大干密度，分別為12.2和1.87 g/cm3。

通過本次檢測，共獲得有效數據計48組，經建立EVD與路基壓實度之間的關系后，結果發(fā)現兩者呈線性關系，其系數R2為0.968 8。依據國家有關公路路基設計規(guī)范的要求，高速公路土石方填筑下路基壓實度必須≥93%，其上路堤的壓實度必須≥94%，而路床壓實度必須≥96%，因此，根據相關要求以及本次所測EVD與路基圧實度之間的對應關系，獲得該土石方填筑路基壓實度EVD控制下限值。除此之外，采用傳統灌砂法和EVD，在施工現場選取不同點位進行驗證，結果發(fā)現兩種方法所測路基壓實度值之間接近，不存在大的偏差，將利用灌砂法所測的數據設為真值，兩者之間誤差全部小于1%，表明利用EVD檢測該路基的壓實度，既快速又準確可靠。

3.2 粗砂路段相關性分析

釆用便攜式動態(tài)變形模量測試儀，檢測高填方路基壓實度，填高設計為30 m，現填高32 m，檢測層面為94區(qū)，原路基為粗砂，填料為粒徑5 mm的土石方，最佳含水量和最佳干密度為，10.3和1.95 g/cm3。本次有效檢測數據為37組，建立EVD與路基壓實性之間的關系，發(fā)現兩者呈線性相關，其系數R2為0.936 8。依據國家公路路基設計規(guī)范，要求高速公路路堤壓實度≥93%，上路堤壓實度≥94%，路床壓實度≥96%，為此，通過建立EVD與壓實度之間的關系，獲得該路段土石方填料路基壓實EVD控制下限值。在施工現場釆用傳統灌砂法，在對應點進行測試，結果發(fā)現，釆用快速EVD測試與灌砂法結果相近，兩者對應位置測試相差>1%，表明未壓實路基對EVD快速檢測法有一定影響，但對判斷路基壓實質量是否合格無影響。在施工現場，可通過多釆集測試點的平均值，來消除影響，這在一定程度上反映了EVD快速檢測的優(yōu)勢。

3.3 不同碾壓遍數與表面沉降量、路基回彈模量之間的關系

土石方填料過程中，不同碾壓遍數和不同松厚度鋪設下測量表面沉降量。結果發(fā)現，隨碾壓遍數的增加，土石方混合料各松土厚度表面沉降量迅速增加，之后逐漸減慢，隨松土厚度的不斷增加，累計表面沉降量逐漸增大，當對路基碾壓達6遍時，路基沉降量基本趨于穩(wěn)定。從不同碾壓遍數與路基回彈彎沉的關系來看，隨碾壓遍數的增加，土石方混料不同松土厚度，其彎沉值變小，表明該路基的抗變形能力不斷提高，承載力也隨之提高。當松土厚度為60 cm，碾壓遍數為6遍時，路基表層有所回彈，由此可說明，當碾壓機具一定時，隨著碾壓遍數的增加，土石方路基的承載力不會受到任何影響。

4 小結

總之，通過釆用便攜式動態(tài)變形模量測試儀對某高速公路施工現場，不同路基填筑土石方路段，釆用EVD進行路基變形模量測試，建立EVD與路基壓實度之間的關系，并將結果與傳統灌砂法測試結果相比，得到相關關系式。進一步驗證EVD快速檢測法與傳統檢測法的一致性，誤差范圍能夠滿足相關要求，因此，基于EVD的一種快速檢測土石方填筑壓實度的方法，能夠對控制進度有所加快，實現施工現場的動態(tài)控制，是一種快速檢測路基壓實度的方法。

參考文獻：

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