市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)探析

宋新暉

為了給市政道路路基壓實(shí)施工提供一些參考，文章利用案例分析法，結(jié)合具體的市政道路路基施工項(xiàng)目，論述了市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)，并以檢測(cè)結(jié)果對(duì)比的方式，探究了基于靜載試驗(yàn)的檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)檢測(cè)法的優(yōu)劣。得出：基于靜載試驗(yàn)的新型壓實(shí)度檢測(cè)技術(shù)可以適應(yīng)市政道路路基壓實(shí)度快速檢測(cè)要求，且檢測(cè)精度較高，對(duì)路基破壞性較小。因此，在市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

在市政建設(shè)進(jìn)程中，道路建設(shè)是至關(guān)重要的一個(gè)部分。土石混填路基是市政道路路基的常用形式，對(duì)壓實(shí)度具有較高要求。只有選擇快速而可靠的檢測(cè)技術(shù)，才可以確保土石混填路基施工質(zhì)量與效率。但是，當(dāng)前市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)仍然沿用灌砂法，對(duì)路基完整性造成了較大的破壞。因此，根據(jù)市政道路路基特點(diǎn)，探究市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新具有非常重要的意義。

一、市政道路路基施工項(xiàng)目

一市政道路路基施工項(xiàng)目為城市支路，道路全長(zhǎng)580m，工程設(shè)計(jì)速度為30km/h，紅線內(nèi)包括3.0m人行道、1.5m綠化帶、15m機(jī)非混行車(chē)道、1.5m綠化帶和3.0m人行道。機(jī)非混行車(chē)道路路基結(jié)構(gòu)為20cm水穩(wěn)基層換填6%灰土，人行道路基結(jié)構(gòu)為C30水泥混凝土與15cm級(jí)配碎石混填。

二、市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)

1. 灌砂檢測(cè)技術(shù)

灌砂檢測(cè)技術(shù)是市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)常用技術(shù)，主要是向道路路基開(kāi)挖圓形洞口（洞深與碾壓層厚度相等，直徑與灌砂筒相等），換填等體積砂子，根據(jù)測(cè)定的土體密度推算的試洞容積，進(jìn)而求解填料現(xiàn)場(chǎng)干密度及路基壓實(shí)度。這一方法具有操作便捷的特點(diǎn)，但因操作過(guò)程中需要破壞路基，路基開(kāi)挖施工難度較大，且對(duì)道路表面平整度、潔凈度具有較高要求。同時(shí)操作時(shí)涉及多次人工稱量，人為誤差積累較為突出。

2. 落錘頻譜式快速檢測(cè)技術(shù)

落錘頻譜式快速檢測(cè)技術(shù)是借助落錘沖擊土體促使土體產(chǎn)生反彈力，進(jìn)而經(jīng)傳感器測(cè)量土體含水量推測(cè)相應(yīng)位置道路路基壓實(shí)度的一種方法。落錘頻譜式快速檢測(cè)技術(shù)具有儀器設(shè)備體積小、操作便利、不破壞路基完整性的優(yōu)良特點(diǎn)，但對(duì)重錘下落垂直度具有較高要求。

3. 環(huán)刀檢測(cè)技術(shù)

環(huán)刀檢測(cè)技術(shù)是一種傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，一般選擇高為5cm、體積為200cm3的環(huán)刀，直接將環(huán)刀壓入路基或落錘打入路基，進(jìn)而將環(huán)刀及土樣挖出稱量樣品質(zhì)量，并測(cè)定樣品含水量。這一方法對(duì)道路路基完整性具有較大破壞，且對(duì)環(huán)刀規(guī)格、測(cè)點(diǎn)選擇具有較高要求，僅適用于不含礫石、碎石的純細(xì)粒土路基濕密度測(cè)定，在市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)中應(yīng)用可行性不高。

4. 瞬態(tài)瑞雷波檢測(cè)技術(shù)

瞬態(tài)瑞雷波法是一種面波檢測(cè)方法，主要利用分層介質(zhì)內(nèi)瑞雷面波頻散特性、傳播速度與介質(zhì)密度相關(guān)性，求解道路路基激發(fā)的瞬態(tài)瑞雷波頻散曲線，根據(jù)不同頻率瑞雷波對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)推導(dǎo)不同深度范圍內(nèi)路基密度，進(jìn)而求解路基土壓實(shí)度。這一方法具有可操作性強(qiáng)、儀器設(shè)備輕便、對(duì)路基表面無(wú)損害、檢測(cè)速度快、成果顯示直觀的優(yōu)良特點(diǎn)。但是，在儀器使用前需要根據(jù)路基填料級(jí)別進(jìn)行多次標(biāo)定，對(duì)操作人員技術(shù)水平具有較高要求，且現(xiàn)有儀器精度較小，推廣難度較大。

三、市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新

1. 理論分析

基于靜載試驗(yàn)（或靜力貫入試驗(yàn)）的市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)是一種潛力較大的檢測(cè)技術(shù)，根據(jù)靜力貫入變形力學(xué)機(jī)理以及道路路基材料變形的非線性特征，可以建立路基靜力貫入變形、路基初始孔隙率的關(guān)系模型，為道路路基壓實(shí)度檢測(cè)精度提升提供依據(jù)。為確定市政道路路基壓實(shí)度，需要計(jì)算道路路基初始孔隙率，并建立道路路基表面荷載與初始孔隙率之間的關(guān)系模型。首先，路基靜載試驗(yàn)的根本原理是路基表面貫入荷載致使路基變形，具體表現(xiàn)為靜力貫入中心線下土體單元應(yīng)力狀態(tài)異變。根據(jù)靜力貫入對(duì)稱特點(diǎn)，貫入中心線下主體單元處于主應(yīng)力狀態(tài)，存在貫入中心線方向豎向主應(yīng)力、側(cè)向主應(yīng)力，各應(yīng)力疊加是靜載貫入下路基土體單元豎向形狀異變的主要原因。此時(shí)，假定經(jīng)靜力貫入探頭給予路基表面均勻分布力，且市政道路路基體為均勻各向同性體，可以得到貫入中心線下深度一定位置豎向主應(yīng)力與側(cè)向主應(yīng)力相等。

其次，根據(jù)集中荷載下道路路基表面位移以及均布荷載下道路路基表面豎向位移，擬合靜力貫入數(shù)據(jù)，確定路基初始孔隙率。結(jié)合孔隙率、道路路基混合料干密度之間關(guān)系，在道路路基填料混合密度（最大干密度）一定的情況下，計(jì)算道路路基壓實(shí)度。計(jì)算公式為：

式-1中，K為道路路基壓實(shí)度；ρd為土石混合路基振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)干密度，g/cm3；ρdmax為市政道路土石混合路基振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度，g/cm3。

最后，在集中荷載下，選取市政道路路基壓實(shí)度代表檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)代表檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)，借助傳統(tǒng)灌砂法測(cè)定代表檢測(cè)點(diǎn)路基壓實(shí)度，代入式-1，獲得代表性檢測(cè)點(diǎn)初始干密度。進(jìn)而結(jié)合其他檢測(cè)點(diǎn)靜載試驗(yàn)曲線，得到其他檢測(cè)點(diǎn)的干密度。均布荷載下的檢測(cè)方法與集中荷載下的檢測(cè)方法一致。

2. 技術(shù)實(shí)踐

（1）前期準(zhǔn)備

在檢測(cè)前，準(zhǔn)備量程為70kN的應(yīng)變式拉壓力傳感器、量程為300mm的應(yīng)變式位移傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀以及小型電動(dòng)液壓泵、配套形成為100mm且壓力為20t的千斤頂、反力裝置（載重10t多功能灑水車(chē)）、長(zhǎng)1m的Q345槽鋼以及平頭形探頭（直徑50mm、86.6mm、70.7mm）等。利用高強(qiáng)螺栓固定槽鋼并將其安裝到反力裝置后車(chē)架下方，預(yù)先留設(shè)螺栓口，在槽鋼上固定千斤頂（如圖1）。

圖1 反力裝置

在反力裝置安裝完畢后，將反力裝置后車(chē)架導(dǎo)桿劃分為若干小段，小段長(zhǎng)度為19.5mm，便于調(diào)節(jié)反力裝置與地面距離，并將應(yīng)變式位移傳感器連接到導(dǎo)桿上，位移計(jì)觸頭位于水平鋼板適當(dāng)位置。在應(yīng)變式位移傳感器主體安裝完畢后，應(yīng)調(diào)節(jié)位移計(jì)指針位置，促使指針、探頭作用方向呈180°，確保加載油缸向下加載時(shí)應(yīng)變式位移傳感器指針提前接觸地面。

（2）現(xiàn)場(chǎng)操作

在市政道路路基表面整平后，將路段劃分為若干檢測(cè)點(diǎn)，相鄰檢測(cè)點(diǎn)之間間隔1m。根據(jù)前期檢測(cè)方案，進(jìn)行車(chē)架底部反力裝置、應(yīng)變式拉壓力傳感器、導(dǎo)桿與應(yīng)變式位移傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀以及小型電動(dòng)液壓泵、探頭的組裝。組裝完畢后，開(kāi)啟油泵機(jī)，緩慢進(jìn)油，促使平底圓形探頭與道路路基表面緊密接觸。并開(kāi)啟計(jì)算機(jī)軟件端，進(jìn)行市政道路路基工程參數(shù)、自動(dòng)保存路徑、停機(jī)條件的填寫(xiě)、保存。在參數(shù)填寫(xiě)完畢后，點(diǎn)擊軟件端實(shí)時(shí)試驗(yàn)選項(xiàng)卡，選擇適宜的試驗(yàn)序號(hào)以及控制選項(xiàng)卡，調(diào)節(jié)探頭、路基表面位置，在探頭與路基表面位置距離接近于0時(shí)，停止調(diào)節(jié)。初步平衡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，加大進(jìn)油閥門(mén)，借助車(chē)載重量輸送反力，驅(qū)動(dòng)平底圓形探頭平穩(wěn)壓入路基20～40mm深度。在平底圓形探頭壓入路基過(guò)程中，借助動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀定期采集數(shù)據(jù)，相鄰組數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為20ms，總檢測(cè)時(shí)間為30～60s，測(cè)點(diǎn)為15個(gè)。在靜力貫入達(dá)到最大限值或者位移達(dá)到前期設(shè)定機(jī)器停止調(diào)節(jié)時(shí)，自動(dòng)結(jié)束試驗(yàn)。

在一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)完畢后，選擇控制選項(xiàng)卡卸除油泵荷載，收回加載油泵，促使探頭、位移計(jì)脫離路基并維持一定距離，確保基于多功能灑水車(chē)的檢測(cè)車(chē)被牽引時(shí)不會(huì)觸碰地面異形物體。若市政道路調(diào)節(jié)較為復(fù)雜，則需要控制收放油缸縮回至水平位置，且具有較大的凈空距離，確保基于多功能灑水車(chē)的檢測(cè)車(chē)被牽引時(shí)加載油泵、應(yīng)變式位移傳感器完好。啟動(dòng)車(chē)輛向前移動(dòng)到下一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，重復(fù)上述操作。

四、市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新效果

1. 檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

為確定基于靜載試驗(yàn)的市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果，在路基壓實(shí)度檢測(cè)點(diǎn)周邊壓實(shí)特征一致位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)灌砂檢測(cè)，獲得現(xiàn)場(chǎng)市政道路路基壓實(shí)度。將獲得的市政道路路基壓實(shí)度作為標(biāo)定點(diǎn)，填入相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行其他道路路基壓實(shí)度檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)數(shù)值的計(jì)算。將計(jì)算的各點(diǎn)檢測(cè)數(shù)值與基于靜載試驗(yàn)的路基壓實(shí)度檢測(cè)技術(shù)、落錘頻譜式快速檢測(cè)技術(shù)、瞬態(tài)瑞雷波檢測(cè)技術(shù)、環(huán)刀檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)果如下：

表1 基于靜載試驗(yàn)的路基壓實(shí)度檢測(cè)與傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比（局部）

由計(jì)算結(jié)果可知，不同測(cè)點(diǎn)靜力貫入檢測(cè)壓實(shí)度結(jié)果與標(biāo)定點(diǎn)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果擬合度良好，可以滿足市政道路路基要求。而落錘頻譜法快速檢測(cè)、瞬態(tài)瑞雷波檢測(cè)、環(huán)刀檢測(cè)結(jié)果懸殊較大，均布荷載下的位移擬合度不佳。

2. 檢測(cè)操作反思

市政道路路基壓實(shí)度本質(zhì)上是筑路材料壓實(shí)后干密度、室內(nèi)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)最大干密度之比，在實(shí)際測(cè)試中，影響壓實(shí)度結(jié)果的因素較多。為確保壓實(shí)度結(jié)果準(zhǔn)確性，在靜力貫入檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，檢測(cè)技術(shù)人員應(yīng)借助市政道路路基施工現(xiàn)場(chǎng)裝料設(shè)備，將10t及以上重量的水裝填到多功能灑水車(chē)內(nèi)，確保多功能灑水車(chē)底部行走空間一定。經(jīng)牽引車(chē)牽引多功能灑水車(chē)到路基壓實(shí)度檢測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行位置調(diào)整，確保加載油泵機(jī)底座投影中心與壓實(shí)度檢測(cè)點(diǎn)重合。啟動(dòng)液壓泵供應(yīng)能源，啟動(dòng)控制箱上的控制按鈕伸出收放油泵機(jī)活塞。

在調(diào)整收放油泵機(jī)活塞處于張開(kāi)狀態(tài)，促使加載油泵機(jī)處于豎直位置時(shí)停止收放油泵機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)上軟件發(fā)送測(cè)控命令，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)變式拉壓力傳感器、導(dǎo)桿與應(yīng)變式位移傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。而平頭圓底探頭則緩慢勻速接觸路基表面，應(yīng)變式位移傳感器接觸路基表面。在軟件參數(shù)控制下，加載油泵機(jī)伸出速度、最大加載位移、最大加載力一定，最大加載力達(dá)到時(shí)平頭圓底探頭剛好進(jìn)入路基。此時(shí)，自動(dòng)終止加載操作并回收油泵及活塞。在回收油泵機(jī)活塞后，啟動(dòng)控制箱上控制按鈕，收回收放油泵機(jī)活塞，將加載油泵機(jī)恢復(fù)至水平狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)傳輸加載力與位移關(guān)系，并自動(dòng)計(jì)算壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果。完成作業(yè)后，關(guān)閉油泵機(jī)與發(fā)電機(jī)，清孔多功能灑水車(chē)負(fù)載，并將其拖放到原位置。

在規(guī)范操作的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員應(yīng)根據(jù)市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)要求，對(duì)靜力貫入裝置油路、油位、油料量、電源線連接穩(wěn)定性、傳感器信號(hào)線連接穩(wěn)定牢固性進(jìn)行檢查。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)靜力貫入所需反力確定灑水車(chē)內(nèi)裝水量，一般灑水車(chē)與裝水總重量應(yīng)超過(guò)所需反力的1.2倍。進(jìn)入道路路基壓實(shí)度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)市政路基填料粒徑范圍選擇適宜尺寸的平頭圓底探頭，一般在市政道路路基填料粒徑范圍較大時(shí)，需要選擇較大尺寸的平式圓底探頭。

五、總結(jié)

綜上所述，靜載試驗(yàn)壓實(shí)度檢測(cè)技術(shù)契合市政道路路基壓實(shí)度快速精準(zhǔn)檢測(cè)要求，較之灌砂法優(yōu)勢(shì)更為突出。因此，在市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)技術(shù)人員可以根據(jù)市政道路路基受載變形以及壓實(shí)機(jī)理，依據(jù)分級(jí)加載思想，構(gòu)建市政道路路基壓實(shí)度檢測(cè)模型。進(jìn)而借助適宜尺寸和形式的探頭開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)靜力貫入試驗(yàn)，有效提高市政道路路基壓實(shí)度的檢測(cè)效率與結(jié)果準(zhǔn)確度。