淺談高速公路土石混填路基壓實度的檢測

李 劍

(山西交通控股集團有限公司太舊高速公路分公司，山西 陽泉 045000)

1 引 言

山西平陽高速公路是山西省第一條標準的雙向六車道高速公路，其修建的意義是為了緩解太舊高速公路的通行壓力。它東起陽泉市平定縣，與河北石太北線以隧道相接，西至太原市尖草坪區陽曲鎮，全路段地形、地貌較為復雜，地質條件多為山嶺丘陵。在公路修建期間，東段受自然地貌影響，路基填料多取至隧道開挖或山體開挖后的土石混合料。由于該材料顆粒變化較大，無法確定其級配范圍，在實際施工中使用常規的檢測方法難以控制其壓實效果，唯恐路基成型后出現結構破壞導致路基的沉陷和坍塌，從而影響公路的運輸和使用年限，給公路行車安全埋下隱患。目前我國現有的關于土石混合料的相關資料和檢測方法尚處于初級研究階段，為此，試驗技術人員進行了一系列的試驗研究，本文就該問題進行分析和探討。

目前，公路路基壓實度的常用檢測方法主要有環刀法、灌水法、灌砂法以及靜力灌入法等，以上幾種檢測方法被廣泛應用，且檢測效果良好，能夠有效檢測路基的壓實效果，保證路基施工質量。在部分土石混填路段路基施工時，采用上述幾種檢測方法進行壓實度的控制時，顆粒含量不符合規范、規程要求，檢測效果較差，不能有效控制壓實效果。目前我國現有的關于土石混合料的相關資料和檢測方法尚處于初級研究階段，為此，試驗技術人員進行了一系列的試驗研究，本文就該問題進行分析和探討。

2 壓實度的常用檢測方法

2.1 環刀法

環刀法是指用標準尺寸的環形道具，通過按壓取得土樣，稱取質量后計算其密度，同時計算它與試驗室理論最大干密度的比值的一種檢測方法。該方法使用方便，操作簡便，但受路基填料和其本身尺寸的影響，使用范圍較小，在土石混填路基中更是無法使用，在其他土樣檢測中準確度也相對較差，因此不推薦該方法在高速公路、一級公路路基壓實度檢測中使用。

計算公式

(1)

(2)

2.2 灌砂法

灌砂法是指用經過標定后的標準灌砂工具，通過等量體積的砂來計算與填料的試驗室最大理論密度的比值，來反應壓實效果的一種檢測方法。因該方法使用方便，測量準確，被廣泛的使用在工程檢測中。但灌砂法也有一定的限制條件，《公路土工試驗規程》中對灌砂法的檢測范圍給了規定：試樣的最大粒徑不大于15 mm，厚度為150～200 mm，當粒徑大于150 mm時，就需采用其他檢測方法進行檢測。灌砂法檢測有以下幾個注意點:

(1)進行現場檢測之前，必須先對使用的標準砂(量砂)進行密度標定工作，以保證檢測結果的準確性。

(2)開鑿出來的試樣(土樣)裝入預先準備好的容器或者塑料袋中，及時稱取土樣質量m1，避免水分損失。

(3)量砂注入試洞，直至砂桶的砂不在流動時，關閉開關。

2.3 灌水法

根據《公路土工試驗規程》，本試驗方法適用于檢測粗粒土和巨粒土的壓實效果，基本原理同灌砂法相似，但需要注意的以下幾點。

(1)基板固定后，要用塑料膜沿基板內壁及地表緊貼鋪好，避免滲水。

(2)水從基板上方緩緩注入，注水到水面基本平平，不外溢，及時關閉閥門。

(3)將塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼地鋪好。在往薄膜形成的袋內注水時，牽住薄膜的某一部位，一邊拉、松，一邊注水，以使薄膜與坑壁內的空氣得以排出，從而提高薄膜與坑壁的密貼程度，能夠準確反映試坑體積。

3 沉降觀測法

根據土石混填材料的特點及路基受力變形原理，當路基表面受到車輛荷載后，填料孔隙率發生變化，路基垂直方向就會發生一定程度的位移變化，這樣就會產生一個位移值，根據位移值的大小，進而判定路基的壓實效果，最終確定路基的施工質量和作為土石混填路基施工過程質量控制的依據。其原理如圖1示。依據以上原理，在本項目東段土石混填路基中，進行了試驗路段，希望以次試驗進行全部土石混填路基壓實度的控制。沉降觀測設備布置如圖2示。

圖1 沉降觀測法原理圖

圖2 沉降觀測設備安設位置示意圖

圖1中

(3)

ΔhBC=hC-HB

(4)

ΔhBA=hA-hB

(5)

式中：hA、hB、hC分別為A、B、C三點的沉降量,mm；L1、L2分別為B、C之間及A、C之間的水平距離,m。

常見的路基填料可以大概分為兩類，一類是有級配的砂粒類土，一類是無級配的土石混合類。對于有級配的砂粒土填料，我們可以通過試驗室標準擊實試驗確定其最大干密度，現場通過灌砂、灌水法測定其密度進而可以確定其壓實度。而對于無集配的土石填料或者粒徑大于150 mm的填料時，灌砂或者灌水法的檢測結果準確性就相對不高，那么，針對該類型的填料檢測，我們參照《建筑地基基礎設計規范》GB50007，設想用沉降差來進行其壓實效果的評判。為此，選擇了400 m土石填料路基進行試驗研究。

3.1 路基填料的大致分類

(1)填料中的含石率超過70%；(2)填料中含石率在30%～70%；(3)填料中含石率在15%～30%；⑷填料中含石率小于15%。(4)對于填料含石率小于30%的土樣，可以采用灌砂或者灌水法進行壓實效果的檢測，而對于含石率大于30%的填料壓實效果的檢測可采用沉降觀測法。

3.2 沉降觀測試驗

試驗內容：利用水準儀確定其碾壓測定值的差值進而確定其壓實效果(測試步驟參照《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)中相關知識)。

試驗儀器：蘇光DSZ3水準儀、徐工50031 20T振動壓路機.

試驗條件：虛鋪厚度30 cm、最佳含水量土樣

由表1的試驗數據分析，得出如下結論。

表1 試驗記錄表

(1)土石混填路基按照設計填筑厚度進行填筑時，其壓實度通過振動壓路機進行壓實試驗，當表面穩定，不再下沉(無輪跡)時可判為密實狀態。

(2)在試驗過程中發現，振動壓實4遍，壓實度只達到74%左右。在碾壓第八遍后空隙率不再減小。

(3)通過試驗結果顯示，當采用20T振動壓路機，碾壓遍數在7遍以上壓實度可以滿足要求，但必須保證施工過程質量控制。

3.3 結論驗證

為了驗證該檢測方法的可行性和準確性，我們同時對檢測點進行了灌水法試驗驗證，檢測數據如表2。

表2 灌水法檢測記錄

根據現場灌水法檢測結果，與沉降觀測法所測數據基本一致。

3.4 沉降觀測試驗總結

施工中壓實度主要由試驗確定的碾壓遍數來控制，要求現場嚴格按照規定的碾壓遍數碾壓。當土石混合填料來自不同采料場，其巖性、土石混合比例相差較大或施工工藝有明顯變化時，應重新驗證空隙率與灌水法，并確定相應的碾壓遍數。在檢驗方法中，灌水法、沉降差法均可作為土石混填類路基的檢測手段，推薦大面積施工使用沉降差法檢測，個別有質疑地段，采用灌水法檢驗。在大面積施工中，本檢測方法可實施性強，對改進工程質量有明顯作用。基于土石混填路基的試驗研究，通過試驗檢測效果分析，得出以下結論。

(1)對于含石率大于30%的土石混填路基，可以采用沉降觀測法進行其壓實度的檢測。

(2)在土石混填路基填筑過程中，采用沉降觀測法進行過程質量控制，可有效提高施工質量。

(3)在土石混填路基填筑過程中，對壓實機械、攤鋪厚度、含水量等進行有效控制，是保證施工質量的關鍵。

4 結 語

隨著我國經濟的高速發展，高速公路的通車里程也位居世界第一，如果建設的質量得不到保證，不僅使國家的經濟蒙受重大損失，還會危及人民生命的安全，在社會上造成惡劣影響。而高速公路路基的質量最直接的影響到了高速公路的質量和壽命，綜上所述，要保證路基的質量我們可以從路基的填料和施工工藝上進行控制，選擇合適的路基填料、合格的施工隊伍和先進的施工工藝。