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摘要 為探究便攜式落錘彎沉儀在公路路基壓實度檢測中應用的技術要點，文章以某新建公路段為例，對落錘彎沉儀和其余檢測技術展開對比檢測，并對細粒土路堤壓實度、水泥土路床壓實度和回彈模量展開擬合分析，構建起落錘彎沉儀所測回彈模量和灌砂法所測壓實度間的相關公式。結果表明，便攜式落錘彎沉儀主要對待測路基展開無損檢測，施測過程簡便快捷，結果精度高，能為現(xiàn)場施工提供可靠指導。

關鍵詞 路基；壓實質量；快速檢測；落錘彎沉儀

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 B文章編號 2096-8949（2024）08-0098-03

0 引言

公路在運行過程中，其路基主要承受自然環(huán)境和行車荷載的影響，發(fā)生變形、沉降、損壞的可能性較大，進而影響公路運行質量和服役性能，這就要求路基除具備合理的斷面尺寸外，還應具備較好的剛度與強度。剛度不足，路基自然缺乏足夠的抗變形能力；強度不足，則路基自身承載性能無法保證?！豆仿坊┕ぜ夹g規(guī)范》（JTG/T 3610—2019）以壓實度為路基壓實質量控制性指標。傳統(tǒng)的路基壓實度檢測方法普遍面臨施測過程復雜，檢測成本高耗時，測值精度不高，對路基存在一定損傷等弊端。近年出現(xiàn)的便攜式落錘彎沉儀能較好地克服了常規(guī)路基壓實度檢測方法的弊端，檢測速度快、精度高，屬于無損檢測，其回彈模量等檢測指標和路基壓實度之間存在較好的相關關系?；诖耍撐囊劳泄穼嶋H，對便攜式落錘彎沉儀在公路路基、路床壓實度快速檢測中的應用展開分析探討，以供借鑒參考。

1 工程概況

某公路線路長84.36 km，為雙向六車道，整體式路基設計寬度為35.5 m。該公路K13+221.5～K25+221.5段主要為河流堆積而成的沖洪積地貌，以細粒土為主，基巖埋深大。河道內及地勢低洼處主要分布軟弱土。在“就地取材”原則的指導下，該公路段以當?shù)厣靶酝翞槁返烫盍?，路床則使用5%摻量的水泥土填筑。技術規(guī)范對路基填料內細粒土或巨粒土含量不足50%情況下填料的最低強度有嚴格規(guī)定。為此，必須在該公路路基施工過程中加強填筑質量檢測。

2 路基壓實質量檢測原理及施測流程

2.1 檢測原理

便攜式落錘彎沉儀作為快速檢測路基承載性能的儀器，通常由加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)組成，其基本結構情況見圖1。其中，導桿、質量塊、緩沖墊、承載板屬于加載系統(tǒng)，荷載傳感器、位移傳感器屬于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，傳輸線及電腦軟件屬于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

便攜式落錘彎沉儀主要展開行駛狀態(tài)車輛對路基沖擊過程及程度的模擬，并借助落錘的自由落體過程對承載板進行沖擊，以模擬行車動力加載，使路基與承載板均表現(xiàn)出一定的豎向位移和彎沉，進而借助壓力傳感器和位移傳感器等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對施荷后的彎沉、動應力、動應變等值展開檢測與采集，此后根據(jù)位移及壓力等峰值展開待測路基動彈性模量計算。以上過程主要通過處理軟件進行，即時分析后得出待測路基回彈模量值[1]。

公路路基為彈塑性結構，雖然并非線性本構關系，但在落錘彎沉儀施測期間，錘擊荷載的作用時間十分短暫，在路基土表現(xiàn)出塑性變形前荷載基本已經卸除，故可簡單視為路基在荷載沖擊下只發(fā)生彈性應變，所測出的也主要為回彈變形。根據(jù)線彈性理論，待測路基動態(tài)變形模量理論計算公式如下：

（1）

式中，Evd——待測路基動態(tài)變形模量（MPa）；p——承載板承受壓力實測值（kPa）；δ——承載板設計半徑（mm）；μ——泊松比，按照0.35取值；l——承載板中心彎沉實測值（mm）。

2.2 施測過程

在展開該公路路基壓實質量檢測前，操作人員應當全面熟悉待測路段技術資料，擬定出合理可行的檢測方案，并在待測段路基處設定測點。將便攜式落錘彎沉儀送達現(xiàn)場后按操作流程組裝，并將電池安裝到位；此后通過數(shù)據(jù)線與電腦串口及儀器底座I/O端口相連；開啟電腦并運行數(shù)據(jù)分析軟件。結合公路工程實際及檢測目的，進行軟件中環(huán)境溫度、泊松比、承載板半徑等測試參數(shù)設定。此后，單擊MakeDrop圖標啟動軟件。

在滑桿處固定鎖定桿，以便將落錘高度確定在相應位置，進而固定落錘。將便攜式落錘彎沉儀上方手柄穩(wěn)住后按壓保護插銷，從而使落錘在重力作用下自由下落并錘擊儀器底部橡膠板。以上過程中荷載、位移等參數(shù)值由軟件自動采集，經過分析計算后生成路基回彈模量。檢測人員結合顯示結果初判數(shù)據(jù)的合理性，若合理則保存檢測數(shù)據(jù)，相反則刪除后展開再次檢測。

該公路路基壓實質量檢測采用的是ZFG2000型手持落錘彎沉儀，可展開待測路段動態(tài)彎沉及動態(tài)回彈模量值實時采集、自動記錄。此類彎沉儀加載裝置中落錘重10 kg，裝置總重15 kg，在18.0±1.5 ms的持續(xù)沖擊時間段內可施加的沖擊力峰值達到7.45 kN；系統(tǒng)承載板自重15 kg，結構厚度為20 mm，設計直徑300 mm；沉陷測定儀長×寬×高為（210×80×25）mm，自重0.4 kg，可展開10～225 MPa范圍的動彈性模量測試，并能展開（0.1～0.2）±0.02 mm的沉陷測試，并能在0～50 ℃范圍內穩(wěn)定運行。

2.3 土樣物理力學性能檢測

該公路相應區(qū)段分布的砂性土外觀呈黃褐色，粒徑在2～5 cm之間，選取代表性土樣展開篩分試驗，結果見表1。

在此基礎上，對砂性土樣展開重型擊實試驗，結果顯示，在5%、8.7%、11.5%、13.4%、14%的含水率下，土樣干密度依次取1.257 g/cm3、1.966 g/cm3、2.141 g/cm3、1.520 g/cm3和1.555 g/cm3。通過繪制土樣擊實曲線，最終以9.8%為最佳含水率，以2.108 g/cm3為最大干密度。結合填料承載比試驗、塑液限試驗結果可以看出，此類土料適用于公路路基填筑。

3 路基壓實質量快速檢測結果

3.1 路基回彈模量和壓實度的相關性

根據(jù)相關規(guī)范及設計要求，該公路路基壓實度應達到94%及以上，為此，碾壓遍數(shù)應為5遍。為展開回彈模量值與壓實度值之間的相關關系，在該公路樁號K44+250處細粒土路堤段展開測試。為盡可能降低下承層剛度對試驗過程及結果的不利影響，將測點布置在相應層位[2]。具體而言，在該樁號附近按10 m間隔布設2個斷面，各斷面均按7 m間距設置5個測點。

3.1.1 碾壓遍數(shù)與回彈模量

為研究路堤回彈模量隨碾壓遍數(shù)變化的趨勢規(guī)律，在該公路相應樁號處路堤每碾壓1遍，均通過便攜式落錘彎沉儀展開測點處回彈模量值的測試。所得出的檢測結果匯總見表2。根據(jù)對測值的比較分析看出，路堤回彈模量值隨碾壓遍數(shù)的增多而持續(xù)增大，但增速有減緩趨勢；待碾壓遍數(shù)達到并超出5遍后路堤回彈模量值趨于穩(wěn)定。

3.1.2 碾壓遍數(shù)與壓實度

在該公路相應樁號段細粒土路堤碾壓施工期間展開試驗，每完成1遍碾壓后均隨機選擇1個點位通過灌砂法檢測實際壓實度，所得到的檢測結果見表3。根據(jù)結果得知，在對該公路段細粒土路堤展開碾壓的過程中，壓實度隨碾壓遍數(shù)的增多而持續(xù)增大，但增長幅度趨緩。

3.1.3 路堤回彈模量與壓實度的相關關系

待該公路段三層細粒土路堤填筑碾壓施工結束后，展開比較檢測。先通過落錘彎沉儀測出回彈模量，再改用灌砂法檢測實際壓實度。針對取得的結果展開回歸分析，通過各種回歸模型進行測值擬合處理。最終得出的回歸方程見表4，表中Ep為路堤回彈模量（MPa）；K為壓實度（%）。

根據(jù)以上結果可以看出，不同擬合結果中相關系數(shù)取值均達到0.8以上，充分表明該公路試驗段細粒土路堤填筑施工期間實測回彈模量值和壓實度相關性良好。指數(shù)函數(shù)相關系數(shù)取值最大，最能反映路堤回彈模量和壓實度之間的函數(shù)關系[3]?？梢姡銛y式落錘彎沉儀能替代常規(guī)的灌砂法展開公路工程細粒土路堤壓實效果檢測，能真實反映碾壓施工質量及效果。

3.2 路床回彈模量和壓實度的相關性

結合規(guī)范及設計要求，該公路段水泥土路床壓實度應達到96%及以上。碾壓遍數(shù)應按照5遍控制。主要配備2臺振動壓路機，2臺推土機，1臺平地機，1輛挖掘機，20輛裝載車，1臺ZAL632型水準儀，灑水車及路拌機若干。

3.2.1 碾壓遍數(shù)和回彈模量

為展開該公路試驗段水泥土路床回彈模量和碾壓遍數(shù)間關系的分析，在水泥土路床每次碾壓結束后通過便攜式落錘彎沉儀檢測回彈模量。根據(jù)檢測結果，路床段碾壓遍數(shù)為1遍時各測點回彈模量值位于59.1～66.6 MPa之間，碾壓遍數(shù)增多至2遍、3遍、4遍和5遍時，測點處回彈模量值分別達到84.5～98.1 MPa、120.7～129.5 MPa、

141.4～149.8 MPa、151.5～158.1 MPa。據(jù)此看出，水泥土路床壓實度隨碾壓遍數(shù)的增多而持續(xù)增大，但增速表現(xiàn)出趨緩趨勢；當碾壓遍數(shù)達到5遍及以上后回彈模量基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。這一趨勢特征與細粒土路堤壓實過程基本一致。

3.2.2 碾壓遍數(shù)和壓實度

為探求該公路水泥土路面回彈模量值與壓實度之間的變量關系，在每次碾壓結束后隨機選取測點展開壓實度檢測，檢測結果見表5。據(jù)此看出，水泥土路床壓實度隨碾壓遍數(shù)的增多而呈增大趨勢，但增速逐漸減緩。這一變化趨勢與水泥土路床回彈模量隨壓實度的變化趨勢基本一致。

3.2.3 路床回彈模量與壓實度的相關關系

待該公路試驗段各層水泥土路床碾壓施工結束后展開比對測試。測試期間，先通過落錘式彎沉儀進行相應測點處回彈模量檢測，再按照灌砂法檢測相應測點處壓實度[4]。將所得到的測值進行擬合分析，得出兩變量間的函數(shù)關系式，詳見表6。表中，Ep′為水泥土路床回彈模量（MPa）；K′為水泥土路床壓實度（%）。

根據(jù)表中取值，不同擬合結果的相關系數(shù)均達到0.8以上，說明公路試驗段水泥土路床填筑后回彈模量值和壓實度相關性良好。其中，對數(shù)函數(shù)相關系數(shù)取值最大，最能反映水泥土路床回彈模量和壓實度之間的函數(shù)關系[5]?？梢姡銛y式落錘彎沉儀能替代常規(guī)的灌砂法展開公路工程水泥土路床壓實效果快速無損檢測，真實體現(xiàn)碾壓效果。

4 結論

該文分析結果表明，便攜式落錘彎沉儀的檢測指標和其余測試方法的指標之間存在較好的相關關系，落錘彎沉儀完全適用于公路路基壓實質量快速檢測。此類設備檢測過程及結果具有較好的穩(wěn)定性，且其所測路基回彈模量和灌砂法所測壓實度之間存在一定相關關系，表明此類無損檢測設備對于公路路基現(xiàn)場壓實質量快速檢測和施工質量控制完全適用。值得注意的是，該研究僅對細粒土路堤壓實質量無損檢測中便攜式落錘彎沉儀的應用展開分析，對于實際工程而言，路基填料類型多樣，有必要展開此類無損檢測技術在其余不同類型填料路基壓實度檢測中適應性的研究。

參考文獻

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