公路路基質(zhì)量連續(xù)壓實檢測技術(shù)研究

李義

（河北遷曹高速公路開發(fā)有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

公路路基傳統(tǒng)的壓實質(zhì)量檢測方法均采用隨機的方式，屬于“點樣式”檢測，容易出現(xiàn)漏檢，從而導(dǎo)致返工，會浪費大量的物力和財力。而連續(xù)壓實技術(shù)可以克服傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足，實現(xiàn)連續(xù)檢測，滿足施工要求。因此，本文以遷曹高速京哈高速至沿海高速段工程為背景，對連續(xù)壓實技術(shù)在路基施工過程中的原理及應(yīng)用進行了研究，并分析了松鋪厚度及碾壓方式對路基壓實質(zhì)量的影響，為相關(guān)工程提供參考。

1 工程概況

遷曹高速京哈高速至沿海高速段是一條南北走向的高速公路，其線路北起遷安市，南至灤南縣，全長約62.4km，對緩解首都交通、帶動沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展有重要的意義。高速公路路基段具有填石路基、土石混填路基、特殊路基及陡坡地段多，施工難度大，路基壓實質(zhì)量難以保證等特點。

本文選取遷曹高速京哈高速至沿海高速段1標段K40+205—K40+355為試驗段，路基填料以土石混合填料為主，路基填料性質(zhì)復(fù)雜，非常具有代表性，土石混填路基的來源主要為路塹開挖所得全風(fēng)化、強風(fēng)化及中風(fēng)化花崗片麻巖。

1.1 全風(fēng)化花崗片麻巖

全風(fēng)化片麻巖的層厚約0.6m，層底標高207.70～208.50m，全風(fēng)化片麻巖整體呈黃褐色，風(fēng)化程度嚴重，表面巖體結(jié)構(gòu)不清楚，巖心整體呈砂礫狀及角礫狀，強度低手捏易碎。

1.2 強風(fēng)化花崗片麻巖

強風(fēng)化片麻巖的層厚約2.90～7.60m，層底標高210.00～213.90m，強風(fēng)化片麻巖整體呈青灰色，風(fēng)化程度較高，其節(jié)理裂隙很發(fā)育，表面巖體結(jié)構(gòu)不清楚，巖心呈短柱狀及碎塊狀，局部手掰易斷。

1.3 中風(fēng)化片麻巖

中風(fēng)化片麻巖最大揭露層厚17.20m，埋深8.210～24.68m，中風(fēng)化片麻巖整體呈青灰色，風(fēng)化程度一般，表面巖體結(jié)構(gòu)清楚，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖心呈短柱狀及碎塊狀，片麻巖強度較高。

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》（JTG3430—2020），對現(xiàn)場路基填料進行篩分，如表1所示。

表1 填料粒徑含量

2 連續(xù)壓實技術(shù)在高速公路路基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

2.1 連續(xù)壓實技術(shù)的工作原理

連續(xù)壓實技術(shù)即以振動壓路機為加載設(shè)備，通過加速度傳感器對壓路機與路基之間的相互作用進行檢測，以此來控制碾壓過程中路基的壓實質(zhì)量。

2.1.1 連續(xù)壓實技術(shù)的基本假設(shè)

振動論和路基之間的原理分析模型假設(shè)如下所示：

（1）假設(shè)壓路機的質(zhì)心和壓路機的形式軌跡重合，且壓路機的速度為勻速，振動輪各點的角速度為常數(shù)；

（2）假設(shè)路基土體為有剛度及阻尼的線彈性體，碾壓變形分為兩個部分：彈性變形與塑性變形，碾壓后期以彈性變形為主；

（3）振動輪在行駛過程中產(chǎn)生的沿著輪心垂直方向的離心力被振動輪與路基接觸面之間的滑動摩擦力抵消相互抵消；

（4）壓路機的振動輪持續(xù)和路基表面接觸，且將路基看成多自由度振動體系，不計彈簧和阻尼的質(zhì)量，振動壓路機動力系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 振動壓路機動力系統(tǒng)模型

2.1.2 連續(xù)壓實技術(shù)的數(shù)學(xué)模型

將磁力加速度傳感器吸附在振動壓路機的振動輪上，加速度傳感器的另一端與數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連，采集振動壓路機工作過程中振動輪和路基的相互作用情況，以反映路基壓實情況，采集到的振動數(shù)據(jù)信號還需進行頻域處理才能轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)，以達到對路基的壓實指標進行評價的目的。

首先需要建立振動輪和路基之間的數(shù)學(xué)模型，充分考慮到兩者之間的耦合性，同時為了更好地進行數(shù)學(xué)分析，還需要對振動輪和路基之間的關(guān)系進行簡化，簡化后的數(shù)學(xué)模型如公式1所示?？蓪烧咧g的接觸看成彈簧和阻尼器進行連接，如圖2所示。

圖2 壓實機具和土石混填路基接觸模型

式（1）中：F為路基結(jié)構(gòu)抗力；P為激振力振幅；ω為振動角頻率；M為振動輪質(zhì)量；a為振動輪的響應(yīng)加速度。

在壓路機的碾壓過程中，路基填料之間的孔隙越來越小，路基的密實度不斷增加，路基的變形大致可分為3個過程：①初始階段，路基填料的強度及剛度較低，路基在振動壓路機作用下發(fā)生較大的變形；②隨著碾壓遍數(shù)的增加，路基碾壓層的壓實系數(shù)達到一定程度，路基的變形開始急劇下降。③當路基土體幾乎達到剛性狀態(tài)時，不再吸收壓路機振動產(chǎn)生的能量，再繼續(xù)碾壓，壓路機振動輪在某瞬間會跳離碾壓面。

2.2 連續(xù)壓實技術(shù)的施工過程

在進行振動壓路機進行路基壓實前，需要對路基邊坡進行包邊處理，然后將路基填料從料場運輸?shù)街付ㄎ恢?，用推土機進行初平。路基填料初平后，利用靜壓壓路機進行預(yù)壓1～3遍，然后用平整機精平，精平完成后，再利用振動壓路機進行強振3～5遍，最后采用沖擊碾壓對路基薄弱部位進行補強。

據(jù)《河北省高速公路施工標準化管理指南》，現(xiàn)場高填方路基的連續(xù)壓實施工工序如圖3所示。

圖3 連續(xù)壓實施工工序

2.3 碾壓方式及松鋪厚度對壓實質(zhì)量的影響

試驗段松鋪厚度分別為40cm、50cm、60cm三種松鋪厚度，碾壓方式分別采?。孩凫o壓1遍+弱振1遍+靜壓2遍；②靜壓1遍+弱振2遍+靜壓2遍；③靜壓1遍+弱振2遍+強振1遍+靜壓2遍；④靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓2遍。對不同松鋪厚度及碾壓方式下的試驗段隨機選取4個檢測點進行壓實度檢測，檢測結(jié)果取平均值為該工況條件下的試驗結(jié)果，如表2所示。

表2 不同工況下路基壓實系數(shù)

由表2可知：

（1）當松鋪厚度為40cm時，碾壓方式為靜壓1遍+弱振1遍+靜壓2遍時，路基的壓實系數(shù)為0.91，不滿足規(guī)范要求；當碾壓方式為靜壓1遍+弱振2遍+靜壓2遍時，路基的壓實系數(shù)為0.93，滿足規(guī)范要求。繼續(xù)增加振動碾壓遍數(shù)，碾壓方式為靜壓1遍+弱振2遍+強振1遍+靜壓2遍時，路基的壓實系數(shù)下降為0.91，這是由于路基填料松鋪厚度不夠，在強力振動作用下，路基表層的土體出現(xiàn)剪切破壞，路基表面表現(xiàn)為起皮及裂紋，繼續(xù)增加振動遍數(shù)，則會出現(xiàn)橫向較大裂縫，壓實度下降為0.88，因此，松鋪厚度為40cm，建議采用靜壓1遍+弱振2遍+靜壓2遍的碾壓方式。

（2）當松鋪厚度為50cm時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，路基的壓實系數(shù)不斷加大，當采用碾壓方式為靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓2遍最為合理，此時路基的壓實系數(shù)可達到0.96。

（3）當松鋪厚度為60cm時，由于路基填料松鋪厚度過厚，導(dǎo)致4中碾壓方式下路基的壓實系數(shù)均小于0.92，不符合規(guī)范要求。因此，在實際施工過程中，路基填料的松鋪厚度不宜過薄，也不宜過厚，需要同時兼顧施工速度及施工質(zhì)量兩個方面，通過本次試驗，建議在施工過程中松鋪厚度選取50cm，碾壓方式采用靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓2遍。

3 結(jié)論

本文以遷曹高速京哈高速至沿海高速段工程為背景，對連續(xù)壓實技術(shù)在路基施工過程中的原理及應(yīng)用進行了研究，并分析了松鋪厚度及碾壓方式對路基壓實質(zhì)量的影響，得到以下結(jié)論：

（1）當路基填料的松鋪厚度為40cm時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，路基的壓實系數(shù)先增加后減小，當碾壓方式為靜壓1遍+弱振2遍+靜壓2遍時，路基的壓實系數(shù)最大為0.93。

（2）當路基填料的松鋪厚度為50cm時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，路基的壓實系數(shù)不斷增加，當采用碾壓方式為靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓2遍最為合理，此時路基的壓實系數(shù)可達到0.96。

（3）當松鋪厚度為60cm時，由于路基填料松鋪厚度過厚，導(dǎo)致4中碾壓方式下路基的壓實系數(shù)均小于0.92，不符合規(guī)范要求。

（4）在實際施工過程中，路基填料的松鋪厚度不宜過薄，也不宜過厚，在施松鋪厚度選取50cm，碾壓方式采用靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓2遍最為合適。