淺談高速公路土石混填路基壓實度的檢測

李 劍

(山西交通控股集團有限公司太舊高速公路分公司，山西 陽泉 045000)

1 引 言

山西平陽高速公路是山西省第一條標準的雙向六車道高速公路，其修建的意義是為了緩解太舊高速公路的通行壓力。它東起陽泉市平定縣，與河北石太北線以隧道相接，西至太原市尖草坪區(qū)陽曲鎮(zhèn)，全路段地形、地貌較為復(fù)雜，地質(zhì)條件多為山嶺丘陵。在公路修建期間，東段受自然地貌影響，路基填料多取至隧道開挖或山體開挖后的土石混合料。由于該材料顆粒變化較大，無法確定其級配范圍，在實際施工中使用常規(guī)的檢測方法難以控制其壓實效果，唯恐路基成型后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致路基的沉陷和坍塌，從而影響公路的運輸和使用年限，給公路行車安全埋下隱患。目前我國現(xiàn)有的關(guān)于土石混合料的相關(guān)資料和檢測方法尚處于初級研究階段，為此，試驗技術(shù)人員進行了一系列的試驗研究，本文就該問題進行分析和探討。

目前，公路路基壓實度的常用檢測方法主要有環(huán)刀法、灌水法、灌砂法以及靜力灌入法等，以上幾種檢測方法被廣泛應(yīng)用，且檢測效果良好，能夠有效檢測路基的壓實效果，保證路基施工質(zhì)量。在部分土石混填路段路基施工時，采用上述幾種檢測方法進行壓實度的控制時，顆粒含量不符合規(guī)范、規(guī)程要求，檢測效果較差，不能有效控制壓實效果。目前我國現(xiàn)有的關(guān)于土石混合料的相關(guān)資料和檢測方法尚處于初級研究階段，為此，試驗技術(shù)人員進行了一系列的試驗研究，本文就該問題進行分析和探討。

2 壓實度的常用檢測方法

2.1 環(huán)刀法

環(huán)刀法是指用標準尺寸的環(huán)形道具，通過按壓取得土樣，稱取質(zhì)量后計算其密度，同時計算它與試驗室理論最大干密度的比值的一種檢測方法。該方法使用方便，操作簡便，但受路基填料和其本身尺寸的影響，使用范圍較小，在土石混填路基中更是無法使用，在其他土樣檢測中準確度也相對較差，因此不推薦該方法在高速公路、一級公路路基壓實度檢測中使用。

計算公式

(1)

(2)

2.2 灌砂法

灌砂法是指用經(jīng)過標定后的標準灌砂工具，通過等量體積的砂來計算與填料的試驗室最大理論密度的比值，來反應(yīng)壓實效果的一種檢測方法。因該方法使用方便，測量準確，被廣泛的使用在工程檢測中。但灌砂法也有一定的限制條件，《公路土工試驗規(guī)程》中對灌砂法的檢測范圍給了規(guī)定：試樣的最大粒徑不大于15 mm，厚度為150～200 mm，當(dāng)粒徑大于150 mm時，就需采用其他檢測方法進行檢測。灌砂法檢測有以下幾個注意點:

(1)進行現(xiàn)場檢測之前，必須先對使用的標準砂(量砂)進行密度標定工作，以保證檢測結(jié)果的準確性。

(2)開鑿出來的試樣(土樣)裝入預(yù)先準備好的容器或者塑料袋中，及時稱取土樣質(zhì)量m1，避免水分損失。

(3)量砂注入試洞，直至砂桶的砂不在流動時，關(guān)閉開關(guān)。

2.3 灌水法

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》，本試驗方法適用于檢測粗粒土和巨粒土的壓實效果，基本原理同灌砂法相似，但需要注意的以下幾點。

(1)基板固定后，要用塑料膜沿基板內(nèi)壁及地表緊貼鋪好，避免滲水。

(2)水從基板上方緩緩注入，注水到水面基本平平，不外溢，及時關(guān)閉閥門。

(3)將塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼地鋪好。在往薄膜形成的袋內(nèi)注水時，牽住薄膜的某一部位，一邊拉、松，一邊注水，以使薄膜與坑壁內(nèi)的空氣得以排出，從而提高薄膜與坑壁的密貼程度，能夠準確反映試坑體積。

3 沉降觀測法

根據(jù)土石混填材料的特點及路基受力變形原理，當(dāng)路基表面受到車輛荷載后，填料孔隙率發(fā)生變化，路基垂直方向就會發(fā)生一定程度的位移變化，這樣就會產(chǎn)生一個位移值，根據(jù)位移值的大小，進而判定路基的壓實效果，最終確定路基的施工質(zhì)量和作為土石混填路基施工過程質(zhì)量控制的依據(jù)。其原理如圖1示。依據(jù)以上原理，在本項目東段土石混填路基中，進行了試驗路段，希望以次試驗進行全部土石混填路基壓實度的控制。沉降觀測設(shè)備布置如圖2示。

圖1 沉降觀測法原理圖

圖2 沉降觀測設(shè)備安設(shè)位置示意圖

圖1中

(3)

ΔhBC=hC-HB

(4)

ΔhBA=hA-hB

(5)

式中：hA、hB、hC分別為A、B、C三點的沉降量,mm；L1、L2分別為B、C之間及A、C之間的水平距離,m。

常見的路基填料可以大概分為兩類，一類是有級配的砂粒類土，一類是無級配的土石混合類。對于有級配的砂粒土填料，我們可以通過試驗室標準擊實試驗確定其最大干密度，現(xiàn)場通過灌砂、灌水法測定其密度進而可以確定其壓實度。而對于無集配的土石填料或者粒徑大于150 mm的填料時，灌砂或者灌水法的檢測結(jié)果準確性就相對不高，那么，針對該類型的填料檢測，我們參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007，設(shè)想用沉降差來進行其壓實效果的評判。為此，選擇了400 m土石填料路基進行試驗研究。

3.1 路基填料的大致分類

(1)填料中的含石率超過70%；(2)填料中含石率在30%～70%；(3)填料中含石率在15%～30%；⑷填料中含石率小于15%。(4)對于填料含石率小于30%的土樣，可以采用灌砂或者灌水法進行壓實效果的檢測，而對于含石率大于30%的填料壓實效果的檢測可采用沉降觀測法。

3.2 沉降觀測試驗

試驗內(nèi)容：利用水準儀確定其碾壓測定值的差值進而確定其壓實效果(測試步驟參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)中相關(guān)知識)。

試驗儀器：蘇光DSZ3水準儀、徐工50031 20T振動壓路機.

試驗條件：虛鋪厚度30 cm、最佳含水量土樣

由表1的試驗數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論。

表1 試驗記錄表

(1)土石混填路基按照設(shè)計填筑厚度進行填筑時，其壓實度通過振動壓路機進行壓實試驗，當(dāng)表面穩(wěn)定，不再下沉(無輪跡)時可判為密實狀態(tài)。

(2)在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，振動壓實4遍，壓實度只達到74%左右。在碾壓第八遍后空隙率不再減小。

(3)通過試驗結(jié)果顯示，當(dāng)采用20T振動壓路機，碾壓遍數(shù)在7遍以上壓實度可以滿足要求，但必須保證施工過程質(zhì)量控制。

3.3 結(jié)論驗證

為了驗證該檢測方法的可行性和準確性，我們同時對檢測點進行了灌水法試驗驗證，檢測數(shù)據(jù)如表2。

表2 灌水法檢測記錄

根據(jù)現(xiàn)場灌水法檢測結(jié)果，與沉降觀測法所測數(shù)據(jù)基本一致。

3.4 沉降觀測試驗總結(jié)

施工中壓實度主要由試驗確定的碾壓遍數(shù)來控制，要求現(xiàn)場嚴格按照規(guī)定的碾壓遍數(shù)碾壓。當(dāng)土石混合填料來自不同采料場，其巖性、土石混合比例相差較大或施工工藝有明顯變化時，應(yīng)重新驗證空隙率與灌水法，并確定相應(yīng)的碾壓遍數(shù)。在檢驗方法中，灌水法、沉降差法均可作為土石混填類路基的檢測手段，推薦大面積施工使用沉降差法檢測，個別有質(zhì)疑地段，采用灌水法檢驗。在大面積施工中，本檢測方法可實施性強，對改進工程質(zhì)量有明顯作用?；谕潦焯盥坊脑囼炑芯浚ㄟ^試驗檢測效果分析，得出以下結(jié)論。

(1)對于含石率大于30%的土石混填路基，可以采用沉降觀測法進行其壓實度的檢測。

(2)在土石混填路基填筑過程中，采用沉降觀測法進行過程質(zhì)量控制，可有效提高施工質(zhì)量。

(3)在土石混填路基填筑過程中，對壓實機械、攤鋪厚度、含水量等進行有效控制，是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

4 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，高速公路的通車里程也位居世界第一，如果建設(shè)的質(zhì)量得不到保證，不僅使國家的經(jīng)濟蒙受重大損失，還會危及人民生命的安全，在社會上造成惡劣影響。而高速公路路基的質(zhì)量最直接的影響到了高速公路的質(zhì)量和壽命，綜上所述，要保證路基的質(zhì)量我們可以從路基的填料和施工工藝上進行控制，選擇合適的路基填料、合格的施工隊伍和先進的施工工藝。