基于土石混填路基PFWD法檢測(cè)壓實(shí)質(zhì)量的應(yīng)用分析

摘要 為克服高速公路建設(shè)階段路基壓實(shí)質(zhì)量無法快速檢測(cè)的問題，實(shí)現(xiàn)路基壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，文章結(jié)合某高速公路工程實(shí)例，運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)與回歸分析相結(jié)合的研究方法，建立了PFWD檢測(cè)模量與路基壓實(shí)度、碾壓遍數(shù)、沉降差的關(guān)系曲線，并以此為依據(jù)，提出了PFWD回彈模量的控制指標(biāo)，旨在幫助施工場(chǎng)地及時(shí)掌握路基壓實(shí)的質(zhì)量情況，為現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)施工提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 高速公路項(xiàng)目；土石混填路基；PFWD法；壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用

中圖分類號(hào) U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）03-0054-03

0 引言

在高速公路項(xiàng)目建設(shè)階段，路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)是控制路基質(zhì)量的重要手段。與傳統(tǒng)路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法相比，PFWD法檢測(cè)操作簡單便捷、檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際路基情況一致性高，且能夠較好地反映動(dòng)彈性模量與路基含水量、壓實(shí)度之間的函數(shù)關(guān)系，可有效適應(yīng)高速公路路基施工的高頻率檢測(cè)要求?；诖?，該文以某高速公路項(xiàng)目為依托，運(yùn)用試驗(yàn)法與回歸分析法相結(jié)合的研究方法，探討了PFWD法在土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)保障高速公路路基施工質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目，采用雙向六車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，路基采用土石混填路基，寬33.5 m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，路基填料中巨粒土含量介于30%～70%范圍時(shí)，要求其上路床的最小承載比不得低于8%，中硬、硬質(zhì)石料的最大粒徑不得大于壓實(shí)層厚的2/3。

2 PFWD檢測(cè)模量與壓實(shí)度的關(guān)系

2.1 試驗(yàn)方案

該文擬定采用室內(nèi)模型筒試驗(yàn)，探究路基回彈模量Ep與壓實(shí)度K的關(guān)系。在試驗(yàn)階段，以試驗(yàn)室內(nèi)的混凝土地面為下承層，對(duì)案例工程取回的路基填料土樣進(jìn)行試驗(yàn)，將結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)置為50 cm，以降低混凝土地面剛度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響[1]。

試驗(yàn)過程中，筒內(nèi)土樣的壓實(shí)度范圍為85%～100%，測(cè)定不同結(jié)構(gòu)層厚度對(duì)應(yīng)的回彈模量數(shù)據(jù)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

此次試驗(yàn)土樣質(zhì)量為339.394 g，含水率為8.19%。為消除試驗(yàn)操作誤差的影響，每個(gè)結(jié)構(gòu)層厚度測(cè)試三次，取其回彈模量均值作為該結(jié)構(gòu)層厚度對(duì)應(yīng)的回彈模量值，試驗(yàn)結(jié)果見表1所示：

分析表1可知，結(jié)構(gòu)層回彈模量與壓縮度成正相關(guān)關(guān)系，即結(jié)構(gòu)層壓實(shí)度越大，其對(duì)應(yīng)的回彈模量越大[2]。為進(jìn)一步揭示結(jié)構(gòu)層回彈模量Ep與壓實(shí)度K的相關(guān)關(guān)系，采用回歸分析法對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見圖1所示：

觀察圖1可知：（1）四種回歸模型所對(duì)應(yīng)的R2分別為0.929 9、0.933 1、0.925 0、0.928 4，表明回彈模量Ep與壓實(shí)度K的相關(guān)性顯著，模型擬合程度良好；（2）四個(gè)模型對(duì)應(yīng)的R2值中，指數(shù)回歸模型的R2值最大，表明指數(shù)回歸模型擬合程度最好，最能反映回彈模量Ep與壓實(shí)度K的相關(guān)關(guān)系[3]。

3 土石混填路堤應(yīng)用PFWD檢測(cè)的研究

3.1 試驗(yàn)方案

為研究PFWD法在高速公路壓實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用效果，選取該項(xiàng)目K27+860～K28+000段140 m高速公路作為試驗(yàn)路段，將測(cè)點(diǎn)布置在第八、九、十層路堤，以降低下承層對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響[4]。每個(gè)觀測(cè)面共劃分為6個(gè)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段長20 m，測(cè)點(diǎn)沿道路軸線方向?qū)ΨQ布置，共布設(shè)12個(gè)PFWD測(cè)點(diǎn)；各PFWD測(cè)點(diǎn)外側(cè)20 cm各布設(shè)一個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，其上設(shè)置一片15 cm×15 cm×1 cm鋼板。PFWD測(cè)點(diǎn)及沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖見圖2所示：

3.2 土石混填路基回彈模量隨碾壓遍數(shù)變化關(guān)系分析

為保證試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際施工效果的一致性，按實(shí)際施工階段的壓實(shí)施工參數(shù)進(jìn)行路基碾壓，每碾壓一遍記錄一次PFWD測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)值。在試驗(yàn)階段，為消除施工誤差、路基松散等對(duì)檢測(cè)結(jié)果的不利影響，每個(gè)測(cè)點(diǎn)預(yù)壓3次，在消除塑性變形及路面不平后，再用PFWD檢測(cè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的Ep值[5]。

以第十層路堤的測(cè)試結(jié)果為例，建立路堤回彈模量Ep隨碾壓遍數(shù)變化的關(guān)系曲線，結(jié)果見圖3所示：

分析圖3可知：（1）隨路基碾壓遍數(shù)增加，路基回彈模量整體呈上升趨勢(shì)；（2）部分測(cè)點(diǎn)回彈模量在某次碾壓后出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，可能由路基填料或表面孔隙較大、碾壓不夠密實(shí)造成；（3）從路基回彈模量的整體變化趨勢(shì)分析，路基回彈模量在第1～4遍碾壓過程中的增長較快，后續(xù)增長趨勢(shì)明顯放緩，與路基累計(jì)沉降差的變化趨勢(shì)基本一致[6]。

3.3 土石混填路基回彈模量與沉降差的相關(guān)性分析

為揭示案例工程土石混填路基回彈模量Ep與沉降差ΔH的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)試驗(yàn)路段第八、九、十層測(cè)得的數(shù)據(jù)，采用回歸分析法進(jìn)行分析，結(jié)果見圖4所示。

由圖4可知：（1）四種回歸模型對(duì)應(yīng)的R2分別為0.694 5、0.695 1、0.663 0、0.663 0，可知其相關(guān)系數(shù)均大于0.8，表明回彈模量Ep與沉降差ΔH相關(guān)性良好；

（2）比較4個(gè)回歸模型對(duì)應(yīng)的R2值可知，指數(shù)擬合方程的R2值最大，表明指數(shù)模型的擬合效果最好，兩變量間的指數(shù)關(guān)系良好[7]。

3.4 土石混填路基回彈模量控制指標(biāo)

基于上述分析，案例高速公路路基回彈模量與路基沉降差的相關(guān)關(guān)系良好，且指數(shù)相關(guān)性最為顯著，故采用指數(shù)模型回歸方程確定路基回彈模量的控制指標(biāo)[8]，其路基沉降差控制參數(shù)為2 mm，可求得路基PFWD回彈模量的控制指標(biāo)Ep=353.61e-0.024×2≈371 MPa[9]。

4 結(jié)論

綜上所述，該文以實(shí)體工程為依托，通過室內(nèi)試驗(yàn)與回歸分析，建立了PFWD檢測(cè)模量與路基壓實(shí)度、碾壓遍數(shù)、沉降差的關(guān)系曲線，探討了PFWD法的應(yīng)用，結(jié)論如下：

（1）土石混合填料路基回彈模量Ep與壓實(shí)度K相關(guān)關(guān)系顯著，其線性回歸模型、指數(shù)回歸模型、對(duì)數(shù)回歸模型、乘冪回歸模型對(duì)應(yīng)的回歸曲線R2值分別為0.929 9、0.933 1、0.925 0、0.928 4，均在0.9以上，其中指數(shù)回歸模型對(duì)應(yīng)的回歸曲線R2值最大，為0.933 1，表明案例高速公路路基回彈模量Ep與壓實(shí)度K具有良好的指數(shù)相關(guān)關(guān)系。

（2）案例高速公路路基回彈模量Ep與沉降差ΔH的四種回歸模型所對(duì)應(yīng)的R2值分別為0.694 5、0.695 1、0.663 0、0.663 0，均大于0.64，其中指數(shù)回歸模型對(duì)應(yīng)的R2值最大，為0.695 1，其相關(guān)系數(shù)約等于0.834，表明兩變量間具有良好的指數(shù)相關(guān)關(guān)系；根據(jù)案例工程路基累積沉降的控制要求，可求得路基PFWD回彈模量的控制指標(biāo)Ep為371 MPa。

（3）分析結(jié)果表明，PFWD法可較為準(zhǔn)確地反映土石混填路基的壓實(shí)情況，能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)路基壓實(shí)質(zhì)量的快速檢測(cè)，可為路基施工提供指導(dǎo)。

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收稿日期：2024-07-12

作者簡介：石通義（1992—），男，本科，工程師，主要從事公路工程試驗(yàn)工作。