關于道路工程壓實度檢測技術發展的探討

盛恩懷 （安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

在道路工程施工中，壓實是一道極為重要的工序。壓實度是路基路面施工質量檢測的關鍵指標之一，規范中要求道路各結構層都必須有足夠的壓實度，以達到足夠的強度來提高道路結構承受荷載的能力。隨著公路大規模的開展，其施工質量問題也越來越引起人們的重視，路面達不到設計的使用壽命，出現早期破壞的情況時有發生，統計資料表明達不到目標壓實度是造成路面早期破壞的一個非常重要的原因。

工程實踐證明，壓實過程是使路基和路面各結構材料獲得足夠密實度的重要環節，在施工中經常出現下列問題：碾壓變數太少，達不到規定的壓實度；碾壓變數過多導致超壓，既不經濟又會導致壓實度下降，造成人、材、物的浪費。因此在施工過程中加強對路面路基壓實技術的及時監測是保證道路后期服務質量的一個有效方法，必須采用先進的檢測壓實技術，及時了解各結構層的壓實情況，這樣才能確保路面、路基、路床整體的穩定性、達到足夠的強度。

1 壓實度及其影響因素

壓實度是某一有限厚度的路面結構層經碾壓后的相對密實程度，是現場實測干密度與標準最大干密度之比，用百分率（%）表示。表征現場壓實后的密度狀況，壓實度越高，密度越大，材料整體性能越好。

但道路材料壓實的過程是個極其復雜的過程，不同特性的工程材料其壓實效果是不一樣的，即使性質相同的材料，在不同含水量、不同大氣溫度或不同壓實機械組合的情況下其壓實效果也會相差很遠。工程實踐表明影響壓實度的因素很多，主要有以下幾種：材料的級配和性質、擊實功能、含水量、振動壓路機的振幅和頻率等。所以在道路結構層施工時，要根據不同材料及其特性，現場試驗總結對應的壓實方法。

2 常用壓實度檢測的方法及特點

2.1 常用壓實度檢測方法

目前我國道路工程中常用的壓實度檢測手段包括灌砂法、灌水法、環刀法、核子密實度儀法及探地雷達法等等，其中灌砂法、灌水法和環刀法為傳統的壓實度檢測方法且為有損檢測的方法，核子密實度儀法及探地雷達法為無損檢測方法。

2.2 傳統壓實度檢測方法

環刀法：是一種較為簡單快捷的試驗方法，國內習慣采用的環刀容積通常為200cm3，環刀高度通常約5cm。只能應用于不含礫石或碎石的細粒土的密實度測定，并且測試結果的準確性受較多因素的影響。

灌砂法：是利用粒徑0.30mm～0.60mm或0.25mm～0.50mm清潔干凈的均勻砂，從一定高度自由下落到試洞內，按其單位重不變的原理來測量試洞的容積（即用標準砂來置換試洞中的集料），并結合集料的含水量來推算出試樣的實測干密度。適用于現場測定細粒土、砂類土、和礫類土的密度，試樣最大粒徑一般不得超過15mm，測定密度層的厚度為150mm～200mm。

水袋法：與灌砂方法測試原理的大致差不多，不同之處是水袋法是把薄橡皮袋放入試洞內，在規定壓力下將水壓入橡皮袋中，使橡皮袋擴張到與試洞底和試洞壁相接觸，根據所用水量確定試洞體積，用來測量不能成型的松散的壓實度。

2.3 無損壓實度檢測方法

核子密度儀是利用放射性材料來測定密度和含水量，雖然具有非破壞性的優點，但輻射性會損害操作人員的身心健康，而且每次測試之前都需要校正，對操作人員的要求較高。路用探地雷達是采用連續發射電磁波，利用電磁波反射譜的形狀及脈沖間距反算目標的深度和結構性質，目前在我國主要用在地層脫空識別、裂縫大小評估、道路結構層厚度檢測、地下資源探測等方面。

2.4 常用檢測方法的特點

以上常規壓實度檢測方法，評估壓實狀態和測量壓實度不能在壓實過程中進行，只能在道路施工結束后取出一些具有代表性的點進行測試試驗，這樣做有很多問題，例如代表性差，不能準確了解整條道路的壓實度，只能大概估計一下壓實程度，描述不夠具體，并且測試過程有很多工作要做，麻煩復雜，數據的誤差相對來說還是比較大的，測試周期較長。可見，為了對壓實過程進行實時控制，保證每個施工階段以最低的施工成本達到最優的壓實度標準，采用一種快速檢測技術是很必要的。

3 壓實度儀的現狀及發展方向

查閱相關文獻了解到，從20世紀70年代開始國外就開始對振動壓路機機載式壓實度計進行開發，如日本的科研單位曾使用加速法進行壓實度檢測、把加速度傳感器預埋在碾壓層的底部，在對道路材料進行碾壓時安置在振動壓路機上的加速度采集儀，采集振動碾壓過程中的加速度信號，通過設定的程序把加速度信號轉化為對應的壓實度值。還有德國Bomag公司研發的壓實度智能檢測系統及英國壓實技術公司申請的“土體壓實度進行監測的方法和設備”等。

在國內，壓實度儀的研究主要集中在連續快速檢測壓實度儀器上，江蘇寶應某儀器廠曾研發了該類型壓實度儀器，在Y16H型振動壓路機上試裝過，由于沒有采用計算機智能控制技術而出現顯示值與實測壓實度對應關系較差的問題。河南省洛陽市某公司也研發了“智能化壓路機路面壓實度檢測儀”、寶應四明有限公司與徐州工程機械廠共同開發研制的SMC-960A密實度測量儀、水利水電科學研究院研制的YS-1壓實度儀和蘇州市交通研究所研制出的壓實度比較儀MSY-100。

上述這些壓實度檢測儀器由于受到操作技術、設備價格、計算結果準確性等因素的影響，到現在為止還沒有理想的壓路機機載式的壓實度快速連續檢測系統。如何將壓實度計適用于不同機械、不同施工材料，并提高測量的精確，還需要進一步的研究與嘗試，壓實度儀正在向智能操作、定點控制、控制智能化發展。

4 落錘式彎沉儀

4.1 彎沉壓實理論

壓實度和彎沉值是衡量道路工程質量好壞的兩個重要技術指標，壓實度是表示空隙多少，彎沉值是表示強度大小。同材料、同配比、同類型、同厚度的機構層，壓實度大，則彎沉值小，強度高。反之，壓實度小，則彎沉值大，強度低。已有多數學者對壓實度與彎沉值之間的相關性進行了研究，根據大量的室內數據和室外檢測實驗，得出壓實度與彎沉值之間高度相關，并擬合了彎沉壓實度曲線，其近似于一條方向向下的對數曲線。

4.2落錘式彎沉儀

彎沉檢測新技術落錘式彎沉儀(FWD)是通過測量道路結構的彎沉盆，然后用彎沉值根據相應公式可以得到道路各結構層的壓實度和動態模量，但其設備價格太高、需要配置特殊的測試車來輔助測試、檢測過程相對復雜。繼FWD德國研發了一種手持落錘式輕型落錘試驗儀(型號為ZFG3000)，可以快速測出動態變形。

手持式落錘彎沉儀檢測系統通過測試人員手動提升重錘，然后自然下落對路面施加沖擊荷載，荷載的大小為固定重錘的沖擊力，并通過剛性承載盤作用到路面上，路面的變形由承載盤內部的位移傳感器測出，每測量一次，都有對應的彎沉值和測試曲線圖。手持式落錘彎沉儀具有速度快、精度高的優點，并較好地模擬了行車荷載的動力作用，目前被認為是較為理想的路面無損檢測設備。

4.3 手持落錘彎沉儀的優點

手持落錘彎沉儀具有以下幾個方面的優點：操作簡單，一個檢測人員就可以完成檢測，節省人力資源；本檢測方法屬于無損檢測，不會對已經成型的道路結構造成損害，有廣闊的發展前景；檢測儀有一個數據分析測試箱，還有一個對應的分析查看軟件，基本上實現了測試過程的智能化，受試驗檢測人員技術水平的影響較小，數據穩定。

手持落錘彎沉儀由于檢測過程的智能化，測試數據結果穩定，很好的解決了數據離散這一問題，可以在碾壓進行過程中掌握壓實的程度。

5 結 論

綜上所述，目前常用的道路工程壓實度檢測技術存在缺陷，采用一種快速無損檢測技術是很必要的，而手持式落錘彎沉儀新設備和新方法的應用正使著壓實度檢測技術向著操作快捷、智能高效、測試周期短等方面發展，對保證工程質量有著重要的意義，這種無損快速檢測系統將在公路工程建設中發揮越來越重要的作用。

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