公路施工項目路基壓實度的檢測技術(shù)研究

邱林

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

路基填筑施工是高速公路建設(shè)中的一個重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量對整個高速公路的穩(wěn)定性和行車安全都有很大的影響。在路基施工過程中，需對路基填筑的壓實度進行檢測，依靠檢測數(shù)據(jù)判斷已填筑區(qū)間的質(zhì)量情況，從而準(zhǔn)確控制路基強度，以保證路基的施工質(zhì)量。因此，研究路基壓實度檢測技術(shù)，對工程實踐有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 影響公路工程路基壓實度的因素

壓實度是指路基填筑材料經(jīng)過機械壓實后的干密度與其室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果最大值之比。如果路基填筑段的實測干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度相近，則說明路基的壓實度好，在某種程度上也代表此段公路整體質(zhì)量好，能更好地承受連續(xù)行車荷載造成的變形，且其耐久性、抗水腐蝕性也會更好。經(jīng)分析大量施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)，得出：影響路基壓實度的主要因素有含水率、壓實功、填料級配。

1.1 含水率

填料內(nèi)部的水分含量是衡量路基壓實度是否合格的一個關(guān)鍵指標(biāo)，也是衡量路基土孔隙率和干密度的重要指標(biāo)。受路基含水量的影響，其各種機械、力學(xué)性能也會隨之改變，如土壤含水量會對土壤的滲透性、內(nèi)摩擦角、壓縮系數(shù)等產(chǎn)生一定的影響。

在最佳含水率的工況下，土壤可達(dá)到最優(yōu)壓實效果。如果路基中的水分含量很低，土壤壓實過程中的土壤顆粒會很粗糙，土壤顆粒之間的互相滑動會產(chǎn)生很大的內(nèi)摩擦力，缺乏水分的潤滑，土壤內(nèi)部的摩擦力增大，則很難達(dá)到路基壓實標(biāo)準(zhǔn)。另外，若是實際含水量超過理想含水量，在土壤壓實階段，土壤中存在的自由水很難排出，便會形成大的孔隙水壓，而顆粒間的空隙增大，會使路基土的干密度減小，最終降低路基整體質(zhì)量，進而影響行車的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 壓實功

壓實功是指路基填筑階段，壓實機械施加于單位土體的作用力[1]。路基填料由土顆粒、氣體、水分等成分組成，路基壓實的作用是將填料中的氣體、水分?jǐn)D出，使單位體積內(nèi)固體的土顆粒成分占比更多。由于施工條件、環(huán)境氣候等現(xiàn)場工況易于變化，會導(dǎo)致路基壓實不能滿足設(shè)計規(guī)范，因此分析得出壓實性能主要受碾壓機械類型、填筑分層厚度、壓實遍數(shù)及速率的影響。

1.3 填料級配

試驗?zāi)M表明，填料顆粒級配對路基的壓實度有很大的影響。例如，土體級配情況越好，顆粒的連續(xù)性會更優(yōu)，均勻性會更強，小顆粒更能充分填充大顆粒之間的孔隙，土壤的最大干密度也會進一步提升；而級配相對較差的土壤，由于土壤顆粒級配非連續(xù)，且均勻性更差，會導(dǎo)致土壤中的顆粒之間空隙增大，大顆粒之間的孔隙不能被有效充填，使得填料的密實性較差。

2 檢測路基壓實度的方法

2.1 環(huán)刀法

2.1.1 環(huán)刀法作業(yè)原理

試驗方法：在試驗之前，應(yīng)先測量環(huán)刀的質(zhì)量、體積，并在環(huán)刀內(nèi)壁刷涂凡士林；清潔、整平取土點范圍，將環(huán)刀豎直打入被測土壤，然后取下環(huán)刀，使土與環(huán)刀口平齊，清除外壁剩余土壤并稱取重量；將土壤樣品中的水分烘干（可采用烘干或燒干法），然后重新稱取重量；依據(jù)已知的現(xiàn)場檢測所得參數(shù)，檢測點的壓實度可以由公式（1）～（3）計算求出。

式（1）中：m1為環(huán)刀和濕土的整體重量；m2為環(huán)刀質(zhì)量；υ為環(huán)刀體積。

式（2）中：ω為土樣含水量；ρω為土濕密度；ρd為土干密度。

式（3）中：δ為壓實度；ρdmax為最大干密度。

2.1.2 環(huán)刀法的優(yōu)缺點

環(huán)刀法檢測技術(shù)的優(yōu)點在于所用設(shè)備簡單、易于操作、效率高。其不足之處在于，檢測過程容易對周邊土壤造成破壞，且高度依賴測試者個體的操作水平；采用抽樣方法，如果樣本數(shù)量過少，檢測數(shù)據(jù)則不具有代表性，不能真實反映待檢區(qū)域的真實質(zhì)量情況。

2.1.3 環(huán)刀法適用范圍

環(huán)刀法主要適用于細(xì)粒土填筑路基的壓實質(zhì)量檢測，而不適用于碎石、礫石類土壤填筑路基的壓實質(zhì)量檢測。該檢測方法操作簡單，適用于對局部壓實存在缺陷的路段的快速檢測。此外，該檢測方法對含水率指標(biāo)十分敏感，因此也適用于因水分含量問題而導(dǎo)致的土壤壓實度不足的檢測。

2.2 灌砂法

2.2.1 灌砂法作業(yè)原理

灌砂法和環(huán)式刀法的檢測操作過程有很多相似之處[2]。在檢測操作環(huán)節(jié)，先在測試點挖洞取土，試坑開挖完畢后進行測量，主要測量指標(biāo)值為灌砂質(zhì)量、體積和試樣土含水量等。完成測量后，計算干密度、濕密度進行，計算方法也與環(huán)刀法的基本思路一致，通過計算得出路基的壓實度。

2.2.2 灌砂法優(yōu)缺點

灌砂法的優(yōu)勢在于操作過程可控，所獲得的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，且檢測值具有一定的代表性，是一種廣泛用于公路工程路基壓實度測試的方法。

缺點包括：量砂的干濕性、量砂稱重等因素均會對最后的測定結(jié)果帶來不利影響；操作過程需要大量的砂子，且需進行多次測量，檢測效率很低；如果擊實操作不規(guī)范，則會影響壓實度計算基準(zhǔn)值最大干密度的取值，會導(dǎo)致實測壓實度不具有代表性。

2.2.3 灌砂法適用范圍

灌砂法也是一種常見的壓實質(zhì)量檢測手段，適合于路面基層或粗砂墊層、礫質(zhì)土壤檢測，但不適用大孔隙率、土石混填、石方段路基檢測。

2.3 核子密度儀法

2.3.1 核子密度儀作業(yè)原理

核子密度儀法是一種高效的測定壓實度和含水率的檢測技術(shù)。使用核子密度儀檢測之前，要在被檢測場區(qū)的測點處鉆一個小孔，將核子放入孔內(nèi)，核子會在孔內(nèi)發(fā)出輻射射線，然后擴散到待檢點周邊區(qū)域。核子密度儀可以接收到核子輻射后返回的射線，從而準(zhǔn)確地測量出材料的密度。

2.3.2 核子密度儀法優(yōu)缺點

核子密度儀法的優(yōu)勢包括：所需的檢測人員較少，檢測效率高；不會對填筑路基造成嚴(yán)重的破壞；可以直觀地顯示檢測結(jié)果。其不足之處主要包括：操作過程會產(chǎn)生一定程度的輻射，會對環(huán)境、人體健康，造成不利影響；核子密度儀的關(guān)鍵部件輻射源在使用一段時間后會出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，因此進行檢測之前必須校準(zhǔn)儀器，并進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)定和校準(zhǔn)，且標(biāo)定和校準(zhǔn)的操作過程較為復(fù)雜；核子密度儀采購成本高，檢測費用較高。

2.3.3 核子密度儀法適用范圍

核子密度儀法適用于各類路基、路面填筑層的含水量、密度的測定；測量操作過程簡單，可以直接從屏幕上讀出測量結(jié)果；能快速對大范圍路基填筑施工的壓實質(zhì)量進行精準(zhǔn)評價，進而有效指導(dǎo)、優(yōu)化現(xiàn)場施工作業(yè)。

2.4 瑞雷波法

瑞雷波檢測技術(shù)主要利用層狀填料瑞雷波波速頻散特征，介質(zhì)密度與瑞雷波的傳播速率的相關(guān)性。在檢測環(huán)節(jié)，可根據(jù)實測的頻散曲線進行分層，并利用已知的瑞雷波速和密度的特定關(guān)系，精確地計算出每一層的壓實度[3]。

相較于傳統(tǒng)的反射波和折射波法，瑞雷波法的優(yōu)勢在于不受下層波速差異的影響。在波阻抗差別比較小的地質(zhì)體界面，反射波和折射波方法難以區(qū)分，而瑞雷波檢測技術(shù)則不存在此類問題。

3 常見路基壓實度檢測方法的區(qū)別

為確保路基工程質(zhì)量，在施工過程中通常會根據(jù)不同工況，選擇性地采用環(huán)刀法、灌砂法、核子密度儀法等方法來測定和評價路基的壓實度[4]。這三種檢測方法的主要區(qū)別如下：

第一，試驗時間。灌砂法的試驗操作方式與環(huán)刀法相似，但增加了注砂和取砂工序，因此作業(yè)時間更長，一次測試大約需要30min；核子密度儀可以通過屏幕直接讀取數(shù)據(jù)，在熟練操作下，可以迅速測試壓實度，每次測試僅需約5min，是這三種檢測手段中檢測用時最短的。

第二，檢測成本價。與環(huán)刀法相比，灌砂法使用的量砂更多，且使用的工具也更多，因此試驗費用要比環(huán)刀法高；核子密度儀法所用的儀器費用比較高，一臺檢測儀達(dá)10 萬元左右，其試驗費用在這三種方法中最高。

第三，適用的檢測范圍。環(huán)刀法只適用于一、二類顆粒小的黏性土壤；灌砂法不但適用于黏性土壤，還適用于含礫類、碎石類的土壤；而核子密度儀檢測技術(shù)的檢測結(jié)果受級配、粒度、均勻性等因素的影響很小，因此該檢測技術(shù)可以適用于多類土壤，但不適合高含水率的土壤。

第四，壓實度影響因素的相關(guān)性。環(huán)刀法、灌砂法都對含水率指標(biāo)十分敏感，在因水分含量問題而導(dǎo)致的土壤壓實度不足的檢測方面比較精準(zhǔn)；核子密度儀是利用反射元素來測量材料的密度，所以對壓實功、粒徑級配造成的壓實度不足的檢測更為準(zhǔn)確。

4 提升路基壓實度試驗檢測質(zhì)量的建議

4.1 嚴(yán)謹(jǐn)路基壓實度的各項數(shù)據(jù)采集

路基壓實質(zhì)量檢測中的數(shù)據(jù)采集和分析是非常關(guān)鍵的步驟。

第一，在進行路基壓實度數(shù)據(jù)采集之前，檢測人員必須按照規(guī)范要求認(rèn)真填寫資料，掌握具體的路基情況，并綜合分析采集到的各類數(shù)據(jù)，合理優(yōu)化路基壓實度檢測的具體工作方案。

第二，在壓實質(zhì)量檢測過程中，檢測人員要不斷優(yōu)化方法并總結(jié)經(jīng)驗，以提升自己的工作水平。例如，對路基壓實度測試數(shù)據(jù)采集方法、軟件操作要求、各類信息技術(shù)等要點進行歸納。

第三，根據(jù)采集數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，進行相應(yīng)的評估，以綜合評定所采用的壓實檢測手段的可行性。

4.2 規(guī)范路基壓實度檢測操作

路基壓實質(zhì)量檢測對檢測規(guī)程、人員的操作能力都有很高的要求。

第一，檢測人員既要掌握特殊路基段壓實度的設(shè)計指標(biāo)，檢測過程要嚴(yán)格按規(guī)范進行，以保證檢測工作順利開展，并能準(zhǔn)確地反映出路基的壓實度情況。

第二，在公路工程路基的壓實度檢測環(huán)節(jié)，檢測人員應(yīng)依據(jù)工況采用最適宜的檢測方法，同時要在檢測試驗過程中對檢測數(shù)據(jù)進行跟蹤、監(jiān)督，確保檢測工作達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[5]。

第三，路基填筑常采用分層壓實方案。檢測壓實質(zhì)量之前，必須先確定試驗層的厚度。試驗坑開挖必須沿著整平的基面垂直向下，以確保取樣土體側(cè)壁平直，以免測量密度的檢測數(shù)據(jù)偏大或偏小。

第四，要嚴(yán)格控制試坑開挖深度，不能過淺或過深。若開挖深度過淺，會影響試樣密度的真實性；如果開挖深度太深，則會造成測試層以下的土料混入其中，導(dǎo)致檢測的數(shù)據(jù)不是測試層土體的密度。

4.3 保證路基標(biāo)準(zhǔn)擊實的精準(zhǔn)度

為了確保路基的壓實質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)，必須根據(jù)現(xiàn)場實際進行室內(nèi)試驗，做好規(guī)范的擊實控制，以確定路基的最佳含水率和最大干密度[6]。

第一，使用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實裝置。若擊實裝置不符合標(biāo)準(zhǔn)，會影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，進而影響對路基最佳含水率和最大干密度的確定。

第二，需在待檢場區(qū)選擇代表性的土壤試樣。為確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要在待檢場區(qū)選擇代表性的土壤試樣進行室內(nèi)擊實試驗，若試樣出現(xiàn)變化，應(yīng)再次進行采樣，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第三，根據(jù)室內(nèi)擊實試驗結(jié)果，獲得最大干密度值，將之作為準(zhǔn)確計算路基壓實度的基準(zhǔn)值。經(jīng)路基壓實度檢測，并完成相應(yīng)的評估后，可以掌握路基的壓實情況，進而決定是否要繼續(xù)優(yōu)化路基施工操作方案。

第四，應(yīng)嚴(yán)格按質(zhì)量指標(biāo)要求，控制路基壓實度，例如高速公路、一級公路路基的壓實度，輕、中及重交通荷載等級路床0～80cm 區(qū)間的壓實度，應(yīng)達(dá)到96%以上；上路堤80～150cm 填筑區(qū)間的壓實度，應(yīng)達(dá)到94%以上；低于150cm 以下路堤填筑區(qū)間的壓實度，應(yīng)達(dá)到93%以上。

4.4 確保施工現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

進行現(xiàn)場壓實質(zhì)量檢測之前，要編制構(gòu)建路基情況調(diào)查表，為采集試驗數(shù)據(jù)提供多角度參考。施工過程中要做好壓實度檢測工作，以完成路基壓實情況的檢測和質(zhì)量評定。

根據(jù)公路路基的實際情況，對現(xiàn)場實測壓實度資料進行統(tǒng)計分析，以驗證檢測數(shù)據(jù)的可靠性。

5 結(jié)語

綜上所述，路基壓實度檢測是控制公路工程整體施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，因而需要合理開展路基壓實度檢測工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以免質(zhì)量失控，引發(fā)病害。由于不同的壓實度檢測方法的原理不同，適用情況也不同，因此必須分析影響路基填筑土體壓實的各類因素，采取最適宜的檢測手段，消除測量過程中的不良效應(yīng)，從而保證壓實度檢測值的真實性。