公路路基壓實質量GeoGauge 與灌砂法檢測相關性分析

張孟強ZHANG Meng-qiang；劉樹閣LIU Shu-ge；王賀WANG He；楊廣慶YANG Guang-qing

（①河北省高速公路京雄籌建處，保定 071799；②石家莊鐵道大學，石家莊 050043）

0 引言

土壤模量剛度儀GeoGauge 是一種便攜式的快速測量結構剛度和楊氏模量的測試儀器，可以評價各路基壓實層的壓實質量，而不阻礙或干擾路基施工，可實現無破損、安全的壓實質量評估[1][2]。目前高速公路路基常用的壓實質量檢測指標是壓實度，為了探討基于GeoGauge 檢測的路基剛度指標與壓實度的相關關系，本文以京雄高速公路河北段SG1 標建設工程為依托，使用GeoGauge 和灌砂法對粉砂土路堤和水泥土路床進行路基壓實質量檢測，探究了GeoGauge 檢測剛度值和灌砂法檢測的壓實度與碾壓遍數之間的關系，并通過回歸分析研究了兩種檢測方法的相關性。

1 粉砂土剛度Kgr 與壓實度K 的關系

1.1 現場檢測方案

京雄高速公路SG1 標段的路基試驗段填料有粉砂土和水泥土兩種，路堤填料為粉砂土，臺背和路床填料為水泥土，采用26t 滾輪壓路機進行碾壓。現場在施工過程中采用灌砂法控制路基壓實質量，根據現場的施工進度[3]，選擇在樁號里程為K11+500~K11+600 處的路基作為試驗段。從K11+500 斷面開始，每10 米布設一個檢測斷面，每個檢測斷面布設4 個檢測點，并對每個檢測點進行統一編號，噴漆做好醒目標記。按照先GeoGauge 后使用灌砂法的檢測順序，進行點對點檢測，從施工碾壓開始至滿足設計要求的施工全過程進行數據采集。

1.2 試驗結果分析

1.2.1 粉砂土碾壓遍數與壓實度的關系

圖1為每碾壓一遍各斷面檢測點壓實度的平均值。由圖可以看出，隨著碾壓遍數的增加，檢測點平均壓實度呈增大趨勢，但是增長幅度逐漸減小。相較于第1 遍碾壓，第2 遍碾壓后平均壓實度提升15.0%；第3 遍相較于第2 遍，平均壓實度提升15.5%；第4 遍相較于第3 遍，平均壓實度提升8.3%；第5 遍相較于第4 遍，平均壓實度提升3.3%。由此可知，在前4 遍碾壓過程中，壓實度的提升幅度較大，最后一遍碾壓，壓實度的提升幅度較小，說明當路基土體經過一定遍數的碾壓后，土體顆粒之間已經相互擠密，土顆粒重新組合的空間已經很小，壓實度的提升也就較小。

圖1 粉砂土碾壓遍數與平均壓實度的關系

為了更清晰地看出隨著碾壓遍數的增加各檢測點壓實度的變化情況，圖2 展示檢測點隨著碾壓遍數的增加其壓實度的變化趨勢以及各檢測點壓實度與碾壓遍數之間的關系。從圖中可以看出隨著碾壓遍數的增加灌砂法檢測的路基壓實度增大的同時離散度逐漸減小，說明隨著碾壓遍數的增加，在提高了路基土體的壓實度的同時，降低了路基施工的變異性，提高了路基壓實均勻性。

圖2 粉砂土各檢測點碾壓遍數與壓實度的關系

1.2.2 粉砂土碾壓遍數與剛度的關系

圖3為每碾壓一遍各斷面檢測點剛度的平均值。由圖可以看出，隨著碾壓遍數的增加，檢測點平均剛度值呈增大趨勢，與壓實度的走勢一致。相較于第1 遍碾壓，第2 遍碾壓后平均剛度提升91.6%；第3 遍相較于第2 遍，平均剛度提升32.9%；第4 遍相較于第3 遍，平均剛度提升17.6%；第5 遍相較于第4 遍，平均剛度提升7.5%。由此可知，GgeoGauge 檢測剛度值與灌砂法檢測的壓實度隨著碾壓遍數的增加，存在相同的增長規律。兩者都是在前4 遍碾壓過程中，檢測值提升幅度較大，最后一遍碾壓，檢測值提升幅度較小。說明GeoGauge 用于粉砂土路基壓實質量檢測具有可行性。

圖3 粉砂土碾壓遍數與平均剛度的關系

同樣為了更清晰地看出隨著碾壓遍數的增加各檢測點剛度的變化情況，圖4 展示檢測點隨著碾壓遍數的增加其剛度的變化趨勢以及各檢測點剛度與碾壓遍數之間的關系。從圖中可以看出，相較于灌砂法，GeoGauge 的檢測結果更加穩定，原因可能是灌砂法在檢測過程中受環境因素和人為因素影響較大，而GeoGauge 在檢測過程中受人為等因素的影響，同時也說明了GeoGauge 用于路基壓實質量檢測的優越性。

圖4 粉砂土各檢測點碾壓遍數與剛度的關系

1.2.3 粉砂土壓實度K 與剛度Kgr的關系

通過對上述壓實過程中兩種檢測方法所測得的數據進行回歸分析，得到了粉砂土壓實度K 與剛度Kgr的相關關系。由此可以看出，GeoGauge 檢測剛度值與灌砂法檢測的壓實度之間存在良好的對數關系，判定系數為0.9661。

2 水泥土剛度Kgr 與壓實度K 的關系

2.1 水泥土碾壓遍數與壓實度的關系

圖5為每碾壓一遍各斷面檢測點壓實度的平均值。由圖可以看出，隨著碾壓遍數的增加，檢測點平均壓實度呈增大趨勢，但是增長幅度逐漸減小，此結果與粉砂土的試驗結果一致。相較于第1 遍碾壓，第2 遍碾壓后平均壓實度提升8.8%；第3 遍相較于第2 遍，平均壓實度提升6.4%；第4 遍相較于第3 遍，平均壓實度提升4.6%；第5遍相較于第4 遍，平均壓實度提升1.6%。

圖5 水泥土碾壓遍數與平均壓實度的關系

為了更清晰地看出隨著碾壓遍數的增加各檢測點壓實度的變化情況，圖6 展示檢測點隨著碾壓遍數的增加其壓實度的變化趨勢以及各檢測點壓實度與碾壓遍數之間的關系。從圖中可以看出，在水泥土中隨著碾壓遍數的增加灌砂法檢測的路基壓實度增大的同時離散度逐漸減小，與粉砂土的試驗結果一致。說明隨著碾壓遍數的增加，在提高了路基土體的壓實度的同時，降低了路基施工的變異性，提高了路基壓實均勻性。

圖6 水泥土各檢測點碾壓遍數與壓實度的關系

2.2 水泥土碾壓遍數與剛度的關系

圖7為水泥土路床每碾壓一遍各斷面檢測點剛度的平均值。由圖可以看出，隨著碾壓遍數的增加，檢測點平均剛度值呈增大趨勢，與壓實度的走勢一致。相較于第1 遍碾壓，第2 遍碾壓后平均剛度提升50.7%；第3 遍相較于第2 遍，平均剛度提升26.1%；第4 遍相較于第3 遍，平均剛度提升15.6%；第5 遍相較于第4 遍，平均剛度提升5.2%。由此可知，在水泥土路床上GgeoGauge 檢測剛度值與灌砂法檢測的壓實度隨著碾壓遍數的增加，存在相同的增長規律。兩者都是在前幾遍碾壓過程中，檢測值提升幅度較大，最后一遍碾壓，檢測值提升幅度較小。說明GeoGauge 用于水泥土路基壓實質量檢測具有可行性。

圖7 水泥土碾壓遍數與平均剛度的關系

同樣為了更清晰地看出隨著碾壓遍數的增加各檢測點剛度的變化情況，圖8 展示了檢測點隨著碾壓遍數的增加其剛度的變化趨勢以及各檢測點剛度與碾壓遍數之間的關系。同樣與灌砂法檢測相比，GeoGauge 的檢測結果更加穩定，與粉砂土試驗結果一致。

圖8 水泥土各檢測點碾壓遍數與剛度的關系

2.3 水泥土壓實度K 與剛度Kgr 的關系

通過對壓實過程中兩種檢測方法所測得的數據進行回歸分析，得到了水泥土壓實度K 與剛度的相關關系。由此可以看出，GeoGauge 檢測剛度值與灌砂法檢測的壓實度之間存在良好的指數關系，判定系數為0.9605。

3 結語

本文以京雄高速公路河北段SG1 標建設工程為依托，使用GeoGauge 和灌砂法對粉砂土路堤和水泥土路床進行路基壓實質量檢測，通過對檢測數據的統計分析，探究了GeoGauge 檢測剛度值和灌砂法檢測的壓實度與碾壓遍數之間的關系，并通過回歸分析探究了兩種檢測方法的相關性。結果表明：

①在粉砂土和水泥土路基中，GeoGauge 檢測剛度值和灌砂法檢測的壓實度均隨著碾壓遍數的增加而增大，但平均剛度和平均壓實度的增長率隨著碾壓遍數的增加逐漸減小。

②在粉砂土和水泥土路基中，隨著碾壓遍數的增加，在壓實度得到提高的同時，路基的壓實均勻性也相應的有所提升。

③在粉砂土路堤上，GeoGauge 檢測的剛度值與灌砂法檢測的壓實度之間存在良好的對數關系，判定系數為0.9661；在水泥土路床上，GeoGauge 檢測的剛度值與灌砂法檢測的壓實度之間存在良好的指數關系，判定系數為0.9605。