路基壓實效果評價方法研究

姚 鑫，張雪峰，王俊剛，王朝陽

(青島理工大學 土木工程學院 青島市 266033)

道路的構造為層狀體系，路基的強度對路面的強度和剛度起著很重要的作用，而路基的強度很大程度上決定于各填土層的壓實效果。高速公路、鐵路、機場跑道、尤其是重載交通密集的疏港道路，對壓實效果的要求更加嚴格。

以壓實度和彎沉值作為指標的現行評價體系存在一定不足。大部分檢(監(jiān))測技術[1]不能同時滿足正上方受荷和實時檢測壓實效果的條件。因此，提出一種能夠正上方受荷的實時檢測新型裝置對評價壓實效果是必要的。

1 評價壓實效果的方法和不足

工程中填料根據不同種類可分為：填土料、填石料、土石混合料，常用以下方法評價壓實效果。

式中：ρ—現場路基土的濕密度，g/cm3；

ω—現場路基土的含水率，%。

通過《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1—2017)規(guī)定細粒土現場檢測可以采用環(huán)刀法或灌砂法，粗粒土可以采用灌砂法、水袋法和鉆孔取樣蠟封法。同時核子密度儀可以作為快速檢測裝置，通過放射性元素檢測路基填料的含水量及密度，可以大大提高檢測效率，且不需要大量的工作人員。同時針對灌砂(水)法等對于粒徑較大的填料測定壓實度誤差較大問題，徐會等[2]給出了改進公式，以此減小誤差。密度檢測法理論較為成熟，應用范圍廣。但在檢測時對路基損壞大，現場取樣困難，檢測時間長，影響施工進度。雖然核子密度儀不對路基造成破壞，但在檢測前需要提前與常規(guī)方法進行對比標定，同時易受溫度和周圍環(huán)境影響，測定值的波動性較大，散發(fā)的射線對人身體有害。

(2)抗力檢測法以彈性模量作為檢測指標時，其彈性模量采用承載板或彎沉來測定，檢測結果通過選定測定的前后兩次加卸載的回彈模量與規(guī)定的標準值進行對比，來評價壓實效果。近年來，由于便攜式落錘彎沉儀價格適中，檢測速度快，和壓實度及傳統彎沉值相關性較高，所以目前常用它測量壓實填料的動態(tài)變形模量(Evd)，來評價壓實效果。李丹楓等[3]依托工程驗證了PFWD評價壓實效果的可行性，同時為減小誤差指出承載板的荷載值應為檢測點土體反饋于承載板的力。雖然該方法不破壞路基結構，檢測范圍廣，能夠和變形相聯系，但在實際應用時，現場填料粒徑與實驗室標定可能存在差異，原地基的軟硬程度對檢測也有影響。

以檢測塑形變形評價壓實效果時，通過12t以上的壓實設備進行碾壓，通過確定前后兩次變形差是否在規(guī)定范圍內，來評價壓實效果。通常采用水準儀等測量儀器進行測量，檢測簡單快速，但依靠經驗性較大，尚沒有一套完整的標準去規(guī)定。

(3)波法檢測通過錘擊的方式對地面產生瞬間沖擊力，在介質中生成三種波，分別是橫波、縱波和面波，通過檢測面波中瑞雷波的波速，從而評價壓實效果。張獻民等[4]通過研究分析，發(fā)現瑞雷波的波速與密度成正比，并構建了波速和填料密度的數學模型，為ρ=0.3316V0.3316。雖然波法檢測操作簡單，經濟性好，檢測速度快，但對于波在各種填料中的傳播規(guī)律和機理研究不足，級配變化較大時也需要多次標定，同時需要較高水準的專業(yè)人員操作。

(4)連續(xù)壓實控制檢測法[5]由振動型壓路機、壓實度儀和壓實記錄儀構成。它通過在振動型壓路機上安裝傳感器，檢測振動加速度信號，通過振動輪和路基填料間的作用力大小實時評價壓實效果。該方法能夠對壓實過程實現全過程覆蓋，大大提高檢測效率，通過陳軍等[6]研究，證明連續(xù)壓實控制檢測法對評價壓實效果是可行的，與其它檢測指標相關性較好。但其研發(fā)過程繁瑣，精度較低，操作復雜，檢測前需要先建立連續(xù)壓實檢測參數和壓實度的關系模型。

綜上，不同評價壓實效果的方法在檢測結果的可靠性、應用范圍和理論上存在不同。雖然密度檢測法原理簡單，操作方便，但檢測效率低。抗力檢測法和波法操作簡便，但需要相應的檢測設備，結果存在偏差。連續(xù)壓實控制檢測法實施難度大，國內道路施工沒有統一的壓實效果評價體系。

2 新型壓實評價裝置

2.1 裝置簡介

新型裝置[7]直接和路基土層的變形相聯系，在檢測時通過采集傳感器的變化數據，通過與實驗室檢測土層壓實的變形情況對比，以此檢測當前土層的壓實效果。在裝置應用時，根據松鋪層厚度調節(jié)裝置高度，測量精度達0.01mm。具有不破壞土層結構，不影響施工、實時檢測和測量精度高的優(yōu)點。

（2）某大學內部控制制度執(zhí)行效果。對實現高校內部控制目標發(fā)揮的積極作用，在一定程度上可以體現內部控制制度的執(zhí)行效果。本文調查了學生對內部制度起到的作用以及其效果的評價。作用的效果分為非常大、大、一般、不大、沒有關系五個選項，分別賦予的權重分值為 5，4，3，2，1。

裝置的變形監(jiān)測部分主要由夾土板、套筒和伸縮測距傳感器組成，如圖1。上夾土板(部件2)和下夾土板(部件9)之間形成待測的土層空間。支撐套管(部件4)和帶導軌變徑套管(部件6)防止周圍土粒影響內部傳感器。裝置通過伸縮測距傳感器監(jiān)測土層變形。

圖1 裝置剖視圖

2.2 裝置工作原理

(1)通過下夾土板定位孔(部件1)和上夾土板定位孔(部件8)連接傳感器與上下夾土板(部件2和9)，并通過定位螺栓(部件3)固定，防止傳感器(部件7)傾斜。

(2)止動螺栓(部件5)將帶導軌變徑套管(部件6)固定，確保傳感器有足夠的初始位移空間。

(3)在上部荷載作用下帶導軌變徑套管(部件6)脫離止動螺栓(部件5)的約束，由此轉換為板間土層支撐上下夾土板，由此測量土層變形。

(4)將傳感器線纜引出土層外，并連接數據發(fā)射端，在移動端設備實現對土層碾壓狀態(tài)下塑形變形的實時數據采集。

(5)傳感器線纜長度根據工程情況確定。路基填料變形過程中，夾土板帶動套管內傳感器跟隨填料共同運動，進而測得精確填料層塑性變形數據。

3 新型裝置壓實效果評價試驗

試驗場地位于青島市膠州某道路施工現場，路基填料土為土石混合料，填料最大粒徑為6cm，含石率為30%，松鋪高度為30cm。在松鋪層整平后選取四個測點安裝埋設裝置，裝置的頂面和底面與當前松鋪頂面和底面平齊。裝置安裝后實施壓路機(KS225H-2)碾壓，工作參數見表1。

表1 壓路機工作參數

試驗結果分析：

圖2為實測路基碾壓過程中變形時程曲線，從圖中可見，在初始階段待檢測時，傳感器顯示高度為49.04mm。隨著壓實開始，被壓實填料產生塑性變形，每一臺階為一次碾壓的壓縮變形量，在碾壓前4次，單次塑性變形量顯著。當碾壓8～9遍后，最終塑性變形量接近于零。同時根據碾壓后裝置顯示高度計算得出壓實土層厚度為26.682cm。后通過灌砂法測定壓實度為95.7%，滿足工程壓實度95%的要求。試驗結束后挖出裝置，各功能組件完好，均能承受壓路機荷載。圖3為四個測點的壓實度與變形曲線，表明各測點壓實度滿足路基填筑壓實要求，相關性較好。綜上所述，針對粒徑適中的填料，在壓實過程中通過該裝置檢測塑形變形量，分析和評價壓實效果是可行的。

圖2 路基變形時程曲線

圖3 壓實度與變形曲線

4 結論與展望

路基壓實的目的是期望有較小的變形和抵抗變形的能力，承受路面和上部車輛帶來的荷載。

綜上，當前已有評價壓實效果的方法存在諸多不足。通過自研的新型實時監(jiān)測裝置測得塑形變形量，其壓實度滿足要求，說明該裝置可應用于快速評價壓實效果。同時可深入研究建立針對荷載標準、填土性質等評價壓實效果的技術標準，實時快速直接地確定本層路基填料是否達到壓實要求，以此節(jié)約施工工期，實現更好的施工壓實效果控制。