李鵬

摘? 要：道路路基的碾壓密實程度與路基的強度、剛度、穩(wěn)定性密切相關(guān)。當(dāng)前評價路基壓實效果方法有：直接法，如挖坑灌砂法、灌水法、環(huán)刀法等;間接方法，如核子密度儀法、瑞雷波法、壓實度計法等。不同壓實效果評價方法在檢測結(jié)果準(zhǔn)確程度、適用范圍、實踐應(yīng)用難易程度、理論基礎(chǔ)有較大區(qū)別。

關(guān)鍵詞：壓實度;路基;承載力;影響因素

中圖分類號：U416.1? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）23-0136-02

Abstract： The compaction degree of road subgrade is closely related to the strength， stiffness and stability of roadbed. At present， the methods to evaluate the compaction effect of roadbed are as follows： direct method， such as pit filling method， irrigation method， ring knife method， etc.， and indirect methods， such as nucleon densitometer method， Rayleigh wave method， compaction meter method and so on. There are great differences in the accuracy， scope of application， difficulty of practical application and theoretical basis of different compaction effect evaluation methods.

Keywords： compaction degree; subgrade; bearing capacity; influencing factors

引言

路基是路面的基礎(chǔ)，要承受由路面?zhèn)鲗?dǎo)而來的汽車荷載及各種自然因素的作用，路基具有足夠的強度、穩(wěn)定性和耐久性對道路的安全營運，使用年限乃至整個道路工程全壽命周期具有重大影響。壓實質(zhì)量與路基的強度、剛度、穩(wěn)定性及平整度密切相關(guān)，壓實度是路基施工質(zhì)量檢驗的關(guān)鍵項目。因此，一種結(jié)果可靠、操作方便的壓實質(zhì)量檢測方法對路基施工質(zhì)量控制和反映至關(guān)重要。

根據(jù)不同的材料種類，路基可劃分為三種類型：土方路基、石方路基及土石方路基[1]。當(dāng)前路基壓實效果評價方法較多，依據(jù)結(jié)果來源，可分為直接法和間接法。直接法是測得測點路基密度，再直接計算壓實度，如挖坑灌砂法、挖坑灌水法、環(huán)刀法、電動取土器法。間接方法，是一種間接測試方法，它采用與壓實體密度相關(guān)的其它參數(shù)來反映壓實體的密度。常用的有：核子密度儀法、瑞雷波法、壓實度計法、瞬態(tài)沖擊頻譜分析法、靜力貫入法，基于靜載試驗的路基壓實度檢測新方法。不同的壓實檢測方法在檢測結(jié)果可靠程度、應(yīng)用范圍和理論基礎(chǔ)上存在很大差異，故研究不同壓實效果檢測方法是有必要的。

1 直接法

對于直接法，壓實度是道路建筑材料壓實后的干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度之比，以百分率表示。即K=×100，式中：K-測試地點的施工壓實度（%）;ρd-試樣的干密度（g/cm3）;ρc-由室內(nèi)擊實試驗獲得的樣品的最大干密度（g/cm3）。標(biāo)準(zhǔn)最大干密度需通過室內(nèi)重型擊實試驗或施工前的振動壓實試驗獲得，壓實后的干密度通常采用挖坑灌砂法、挖坑灌水法、環(huán)刀法、電動取土器法現(xiàn)場檢測。不同的干密度檢測方法基本原理相同，但具體適用范圍有較大差異。

1.1 挖坑灌砂法壓實度檢測

原理是在測點位置垂直挖出一個圓孔，并使用均勻的砂粒，從一定高度落入規(guī)定體積的圓柱洞內(nèi)，根據(jù)單位質(zhì)量恒定的原理測量試驗孔的體積。但這種方法僅適用于現(xiàn)場測定細粒土、砂類土和礫類土密度，不適用填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料壓實層的壓實度檢測。

1.2 挖坑灌水法壓實度檢測

它也被稱為水袋法，首次出現(xiàn)在美國，并于1963年列為美國標(biāo)準(zhǔn)[2]。在測量試坑體積時，沿著試坑的內(nèi)壁和地面緊密的鋪貼聚乙烯塑料膜薄膜，注入水，并測量注入水的體積作為試驗坑體積。適用于粗粒土和巨粒土的密度現(xiàn)場測定。

1.3 環(huán)刀法

通過已知的環(huán)刀體積和重量，測量測點土的密度。適用于測定細粒土的密度。

1.4 電動取土法

采用鉆機鉆出土樣，然后用環(huán)刀法室內(nèi)試驗測定土的密度。該方法適用于快速測定硬塑性土的密度。

直接法是傳統(tǒng)的壓實檢測方法，目前較為成熟，原理簡單，應(yīng)用范圍最廣。但具有較明顯缺點，如對路基損壞較大，特別是測點會影響道路結(jié)構(gòu)的完整性和承載能力;應(yīng)用范圍有限，主要適用于土質(zhì)路基;另外，這些方法檢測速度慢，測試過程復(fù)雜，耗時費力，影響施工進度。

2 間接法

路基材料填筑密實時，在外界荷載作用下，孔隙率下降，密度逐漸增高，進而強度、變形模量不斷增加并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。故采用其它與路基材料密度密切相關(guān)的參數(shù)如波速、力學(xué)性能等，間接反映壓實程度的途徑成為可能。目前有較多具有一定實用價值的研究方法，包括核子密度儀法、瞬態(tài)沖擊頻譜分析法、瑞雷波法、壓實度計法、基于PFWD壓實度快速檢測法、基于靜力貫入的壓實度確定方法、基于靜載試驗的壓實度檢測新方法。間接法具有方便快捷，無需損壞破壞路基特點，是當(dāng)前壓實度檢測研究重點和方向。

2.1 核子密濕度儀法

核子密濕度儀法是最早應(yīng)用于道路壓實度檢測方法，是國外用于現(xiàn)場控制壓實度最常用的方法，也經(jīng)常用于國內(nèi)高速公路工程質(zhì)量評定與驗收。原理是使用對材料密度敏感的伽馬射線和對水分含量敏感的中子射線穿過被測物體后產(chǎn)生散射衰減，產(chǎn)生Compton[3]散射效應(yīng)，通過檢測兩種射線在被測物體內(nèi)散射前后的強度變化規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場同測點實測密度和含水率值，即可確定被測物體的密度和含水率。該方法可以檢測土壤、碎石、土石混合物、瀝青混合料和非硬化水泥混凝土等材料。該方法屬非破壞性的，允許重復(fù)測試相同的測試位置并監(jiān)測密度和壓實度的變化，以確定合適的碾壓方法，達到所要求的壓實度，具有方便、使用快速的優(yōu)點。然而，該法使用的設(shè)備昂貴，受測定層溫度及多種環(huán)境因素的影響，其測定值的波動性較大，對填料的非均質(zhì)變化反映敏感，不宜用于土石混填、填石路基壓實度檢測[4]。

2.2 瑞雷波法

瑞雷波在路基材料介質(zhì)中傳播時，波速幾乎不受材料中含水量影響。張獻民等[5]通過理論分析，發(fā)現(xiàn)瑞雷波波速隨路基密度的增大而增大，可構(gòu)建二者的關(guān)系進而檢測壓實度?？紤]到實際土質(zhì)條件的復(fù)雜性，設(shè)計了瑞雷波速度VR和介質(zhì)密度ρ的四種相關(guān)數(shù)學(xué)模型：ρ=a+bVR，ρ=a+blgVR，ρ=aebVR，ρ=aVbR，式中ρ表示土的密度，VR表示瑞雷波速度，然后通過比較松散至最佳壓實土范圍內(nèi)不同壓實條件下瑞雷波速與環(huán)刀法測得的干密度，建立了瑞雷波速度與干密度的關(guān)系，并選取了最佳模型ρ=0.3316V0.3166R，根據(jù)此模型，發(fā)現(xiàn)根據(jù)此模型獲得的結(jié)果與通過環(huán)刀法實際檢測獲得的測試結(jié)果非常一致。劉會勛，趙明階等也對瑞雷波法進行了研究[6-8]。瑞雷波法操作簡單，經(jīng)濟性好，檢測速度快，但對操作人員技術(shù)要求有較高要求。瞬態(tài)沖擊頻譜分析法與瑞雷波法相似，不再專門列舉。

2.3 壓實度計法

原理是在壓實過程中，路基將在振動壓實機械的鋼輪與路基壓實體之間產(chǎn)生諧振，鋼輪的加速度信號的頻率、振幅、周期、波形特征與壓實體的壓實度之間存在相關(guān)性。通過在采集的加速度信號和壓實度之間建立相關(guān)經(jīng)驗公式，可以實現(xiàn)路基的壓實度檢測[9]。瑞典Geodynamic，東南大學(xué)，水利水電科學(xué)研究院，長安大學(xué)王振花等均通過進行了大量的研究工作，并分別研制了不同類型的壓實度計[9-12]。壓實度計的檢測與施工是同步進行，邊壓邊測。但該方法比較適合于土質(zhì)路基的壓實，如用于土石混填路基，存在檢測值與實際值偏差較大的問題，其適用性需要進一步研究。

2.4 基于PFWD、靜力貫入、靜載試驗的壓實度檢測新方法

PFWD壓實度快速檢測法基于路基碾壓沉降差與對應(yīng)的PFWD變形模量，建立了兩者之間的關(guān)系。根據(jù)實體工程沉降差的要求，提出滿足壓實要求的Evd值[13]對其壓實質(zhì)量和壓實的均勻性進行評價。王龍等[14]對這種檢測法進行了研究，闡述了其可行性。隨著中西部公路工程建設(shè)需要，針對中西部多山地區(qū)采用土石混合料回填路基壓實成為施工中常見技術(shù)，但目前壓實度檢測技術(shù)針對土石混合料壓實度檢測可靠性存疑，為此基于靜力貫入或靜載試驗的壓實度檢測新方法近年來得到廣泛的研究，取得了一定成果但仍難以滿足現(xiàn)有條件要求。

3 結(jié)束語

目前工程實踐中應(yīng)用較多、范圍較廣、較成熟的檢測手段仍以直接法及核子密濕度儀為主。但存在適用范圍有限，勞動強度大或經(jīng)濟成本高等缺點，間接法檢測成為替代直接法檢測的趨勢得到了大量的研究。

土石混合料的工程實踐應(yīng)用日益較多，但其壓實效果檢測方法存在局限性?，F(xiàn)有研究多集中在基于PFWD、靜力貫入或靜載試驗，但普適性不足，未來具有較大的研究價值。

參考文獻：

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