道路橋梁路基工程的試驗檢測方法分析

吳林

（黔東南州凱鑫交通工程試驗檢測有限責(zé)任公司，貴州凱里 556000）

0 引言

道路橋梁工程是增進區(qū)域間聯(lián)系、文化與經(jīng)濟交流的重要物質(zhì)載體，在社會發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用，因此，保障道路橋梁的使用安全才能使其發(fā)揮應(yīng)有價值。路基工程的穩(wěn)定性決定了道路橋梁整體的穩(wěn)定與安全，掌握科學(xué)的路基試驗檢測方法，是對路基的性能作出客觀判斷，獲取路基質(zhì)量控制、施工工藝優(yōu)化的重要依據(jù)，對優(yōu)化道路橋梁路基性能、保障道路橋梁使用安全有重要的現(xiàn)實意義。

1 道路橋梁路基工程試驗檢測的重要性

道路橋梁路基工程試驗檢測是一項技術(shù)流程相對復(fù)雜的工作，操作過程中需結(jié)合多種理論與多項技術(shù)，對試驗人員的能力素質(zhì)有較高要求，也是路基質(zhì)量測評、保養(yǎng)維護等工作開展的主要依據(jù)，對維護路基穩(wěn)定性、安全性有重要價值。在開展試驗檢測過程中，結(jié)合道路橋梁工程的具體情況，選擇合適的試驗檢測方法，經(jīng)過規(guī)范操作，獲得反饋路基性能的具體技術(shù)參數(shù)，可以評估路基的質(zhì)量，以便及時采取加固、維穩(wěn)、工藝優(yōu)化等措施，降低道路橋梁使用中發(fā)生危險事故的概率。

2 道路橋梁路基工程試驗檢測的常用方法

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，應(yīng)用在道路橋梁路基工程試驗檢測中的方法也得以優(yōu)化并日漸豐富，其中，常用的方法有以下幾種：

2.1 雷達探測法

雷達探測法主要用于檢測路基的密實度，以電磁波作為介質(zhì)判斷路基深度，檢測過程中不會對路基結(jié)構(gòu)造成實質(zhì)性破壞，是一種操作便利、原理簡單的無損檢測方法。具體來講，雷達探測法的原理是由探地雷達通過寬帶短脈沖形式自上而下地向試驗面發(fā)射高頻電磁波，電磁波傳播過程中遇到介質(zhì)面則會反射，不同介質(zhì)面反射的回波存在明顯差異，先利用接收天線完成介電反射與回波回收，再通過計算機處理數(shù)字信號獲得圖像，從而識別出介質(zhì)或空間形態(tài)特征，當(dāng)出現(xiàn)波阻紊亂時，檢測位置則有極大概率存在異常的拋物線形態(tài)，從而反饋出路基空洞、回填不實等問題。該方法在應(yīng)用中也存在明顯缺陷，即難以精準進行路基壓實度測量，僅能對路基疏密程度進行反饋。因此，在實際應(yīng)用中，多在填方路堤等地形條件復(fù)雜情況下選擇雷達探測法，利用電磁波擺脫復(fù)雜地形對檢測過程與結(jié)果的干擾。

2.2 地基系數(shù)試驗法

地基系數(shù)試驗法主要用于檢測路基的承載力與剛度，可以對路基質(zhì)量進行客觀反饋。檢測過程中需要應(yīng)用地基系數(shù)測試儀，并利用數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)字顯示等儀器觀測與記錄荷載、路基沉降量的變化，是一種自動化程度高、人工操作少的試驗檢測方法，可以降低人工誤差、縮短檢測時間。地基系數(shù)試驗法對應(yīng)用條件有特殊要求，試驗應(yīng)避免在試驗面過于干燥或過于濕潤狀態(tài)下進行；路基壓實時間不得少于4h；試驗面不得出現(xiàn)凹凸不平、坑洞情況；試驗面應(yīng)與震源保持一定距離；雨天或風(fēng)力超過6 級時應(yīng)停止試驗[1]。

地基系數(shù)試驗法的缺陷在于無法反饋道路橋梁工程過渡段以及邊緣位置路基質(zhì)量情況；操作中需注意的細節(jié)較多，計算也相對復(fù)雜。具體來講，需先選擇合適的試驗面，做好清潔與平整處理，在試驗面安裝地基系數(shù)測試儀，要求試驗面與承載板直接接觸，為保持承載板水平，可以鋪設(shè)2～3mm 厚的石膏膩子或干燥砂；安裝反力裝置時，其支撐點與承載板外緣之間的距離不得短于1m；千斤頂必須垂直安裝，禁止出現(xiàn)傾斜。在加載試驗環(huán)節(jié)，加載時間與加載量的控制極為復(fù)雜，若在執(zhí)行試驗方案時出現(xiàn)誤差結(jié)果必然受到干擾，其中要求預(yù)加荷載后3s 將荷載卸除，再等待30s 將下沉量測表歸零，直徑300mm 承載板預(yù)加荷載 為0.04MPa、400mm 則 為0.03MPa、600mm 則 為0.02MPa；且需要逐級加載，加載后1min 的沉降量不足荷載所致沉降的1%時可以繼續(xù)加載，每級加載結(jié)束后至少需要穩(wěn)定3min[2]。加載結(jié)束后需要統(tǒng)計、整理所獲數(shù)據(jù)，繪制出荷載強度與下沉量關(guān)系曲線，為避免誤差盡量采用計算機軟件通過二次方程擬合繪制出圓滑的曲線，發(fā)現(xiàn)曲線開始段未經(jīng)過坐標原點或為凹形時表示曲線需要修正；最后通過曲線計算出下沉量基準值對應(yīng)的荷載強度，并采用式（1）計算出地基系數(shù)。

式（1）中：Ks 表示地基系數(shù)；σ 表示荷載強度；s 表示下沉量；ss 表示下沉量基準值。

2.3 灌砂法

灌砂法是目前道路橋梁路基工程試驗檢測中應(yīng)用頻率最高的檢測方法之一，其適用范圍廣、操作簡便、結(jié)果可靠性高，可以測試出砂類土、礫類土、細粒土的壓實度情況。在具體操作中需要先選擇合適的試驗檢測地點，開挖試洞，灌入標準砂，粒徑大小介于0.25～0.50mm 或0.30～0.60mm，以灌入試洞內(nèi)均勻砂的體積對密實度進行判斷。雖然灌砂法操作簡單，不規(guī)范的行為也會影響檢測結(jié)果客觀性以及檢測效率；且試驗檢測過程中也存在諸多影響檢測質(zhì)量的因素，如灌砂筒的選擇、砂面高度、砂量等。以灌砂筒為例，檢測時測定層厚度是選擇灌砂筒的直接依據(jù)，當(dāng)測定層厚度＜150mm 時應(yīng)選擇直徑＜100mm 的小型灌砂筒儀器；測定層厚度介于150～200mm 時應(yīng)選擇直徑為150mm 的大型灌砂筒儀器；若工程位于山區(qū)因碎石含量高，應(yīng)該使用直徑為200mm 的較大型灌砂筒儀器[3]。因此，在應(yīng)用灌砂法時不僅要注意操作的規(guī)范性，還應(yīng)對各項影響因素加強控制，避免對結(jié)果的準確性造成負面影響。

2.4 動態(tài)荷載試驗法

動態(tài)荷載試驗法利用動荷載產(chǎn)生的沖擊力判斷路基質(zhì)量，試驗檢測過程中模擬汽車運行時產(chǎn)生的動應(yīng)力，并采集動應(yīng)變指標，可以獲得更加符合實際、更加科學(xué)合理的檢測結(jié)果，克服了傳統(tǒng)檢測方法的弊端。檢測過程中需應(yīng)用動態(tài)變形模量測試儀，利用具有一定質(zhì)量的落錘，在一定高度時做自由落體運動，在阻尼裝置、承載板的配合下，將瞬間產(chǎn)生的沖擊力傳遞給路基，該過程則是模擬汽車運行時動荷載效應(yīng)對路基的沖擊，路基發(fā)生沉陷后測試垂直變形值，再利用公式（2）計算路基動態(tài)變形模量，從理論上來講壓實度越高沉陷值越小、動態(tài)變形模量值越高[4]。式（2）中：Evd 表示動態(tài)變形模量；1.5 表示承載板形狀影響系數(shù)；r 表示承載板半徑；σ 表示路基最大動應(yīng)力；s 表示承載板的沉陷值。

動態(tài)荷載試驗法也是一種自動化程度較高的試驗檢測法，可以減少人工操作，提高檢測效率，目前多在狹窄地段、復(fù)雜地段、過渡段的路基試驗檢測中應(yīng)用，能夠獲得客觀、精準的結(jié)果。

3 道路橋梁路基工程試驗檢測方法的應(yīng)用

3.1 工程概況

某地進行國道二級公路道路橋梁改擴建工程施工，擬建工程長度為37.895km，路基寬為8.5m，采用天然砂礫作為路基填料；改擴建后為雙向兩車道，并分層進行路基填筑，由于填筑時每層的松鋪厚度存在差異，故而決定選擇灌砂法對路基壓實度與質(zhì)量進行檢測。

3.2 試驗檢測方案分析

3.2.1 選點與檢測頻率確定

選擇合適位置進行檢測，且保證試點數(shù)量充足，否則容易出現(xiàn)檢測結(jié)果代表性不足情況，應(yīng)在試驗檢測路基的每個橫斷面上、每個設(shè)計車道內(nèi)確定一點作為試點。

3.2.2 干密度最大值

通過室內(nèi)試驗測出干密度的極限值，若發(fā)現(xiàn)結(jié)果偏差較大，應(yīng)由施工方聯(lián)合監(jiān)理方，在共同監(jiān)督下完成取樣工作，經(jīng)過對比試驗確定準確的干密度最大值。

3.2.3 試洞深度確定

根據(jù)行業(yè)技術(shù)規(guī)范要求，該工程每層壓實厚度均為20cm，由于施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，挖坑深度不足問題出現(xiàn)頻率較高，且會對路基壓實度的試驗檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，結(jié)合同類型工程的試驗檢測經(jīng)驗，該次試驗檢測中確定試洞深度為15cm。

3.2.4 灌砂時間

灌砂時間也會對試驗結(jié)果客觀性產(chǎn)生影響，如提前停止灌砂則會出現(xiàn)灌入量不足情況，因此，在試驗檢測方案中必須對灌砂時間作出要求，應(yīng)在砂從中心向邊緣流動、擴散且擴散至邊緣處不再流動的10～20s 后停止灌砂。

3.2.5 預(yù)防超百問題

試驗現(xiàn)場條件復(fù)雜，會導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)超百問題，因此，結(jié)合該工程現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)、設(shè)備等多方面條件，要求試驗中設(shè)置統(tǒng)一規(guī)格的試洞，并選擇直徑為200mm 的灌砂筒儀器，控制標定筒深度與試洞深度一致、填筑層厚度＜200mm，從而預(yù)防試洞壁不平、人工操作不規(guī)范等因素導(dǎo)致的誤差，控制壓實度超標問題。

3.2.6 明確粗糙面

試驗前需要根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求選擇合適的試點，并對試點表面的粗糙情況進行確定，從而確定后續(xù)試驗步驟與操作要求。試驗檢測時需要先對內(nèi)部砂體的容量與體積進行標定，再確定對量砂質(zhì)量的要求，該工程根據(jù)實際需求選擇40cm×40cm 的表面空間，并選擇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定處，控制灌砂筒處于筆直狀態(tài)，保障砂順利下落，預(yù)防堆積問題。因此，若表面處于光滑狀態(tài)，對上述步驟的進行無影響，可以不對表面進行清理；若表面粗糙，容易造成灌砂筒傾斜，需要提前清理，保持試驗面平整，避免結(jié)果失真。

3.2.7 灌砂質(zhì)量控制

灌砂質(zhì)量控制也是灌砂法應(yīng)用過程中的關(guān)鍵一環(huán)，例如在對路基材料含水量進行檢測過程中，需要在挖掘的材料中抽樣，使用小型灌砂筒時細粒土取樣量≥100g，使用大型灌砂筒時細粒土取樣量≥200g，且必須將取樣材料烘干后稱重，精度控制在1g 左右。

3.3 試驗檢測流程

采用表面沉降控制法在試點范圍內(nèi)選擇40cm×40cm 的平整表面作為試驗面，將灌砂筒放置在基板中部圓孔位置，灌砂時砂應(yīng)向基板中孔內(nèi)流入；灌砂結(jié)束后將灌砂筒去除，該步驟灌砂精度必須控制在1g左右。

上述操作結(jié)束后將基板去除，并清理試驗面，順著基板中孔挖出直徑為200mm 的洞，期間不得出現(xiàn)下層材料混入情況；且采集材料作為試樣。

將取得試樣置于烤箱內(nèi)，烘烤至干燥狀態(tài)后，檢驗試洞高度與基板中孔是否統(tǒng)一，統(tǒng)一的情況下將灌砂筒開啟，稱量剩余砂，期間不得觸碰灌砂筒，精度也需要控制在1g 左右。

試驗期間如果量砂濕度出現(xiàn)變化，需要重新過篩、烘烤，且烘烤后需要放置72h，不足72h 時不得使用。

完成以上操作后，匯總數(shù)據(jù)進行計算，先計算填滿試坑所需砂的質(zhì)量，再計算試坑材料的干、濕密度。

3.4 試驗檢測結(jié)果

該工程共確定6 個試點，每層檢測結(jié)果見表1 所示，設(shè)計要求壓實度≥96%，每層壓實度平均值均超過97%，滿足設(shè)計要求。

表1 灌砂法檢測路基壓實度結(jié)果（%）

3.5 試驗檢測中的注意事項

第一，控制好量砂質(zhì)量，量砂可以重復(fù)使用，必須保證干燥、潔凈、無雜質(zhì)，否則會導(dǎo)致量砂松方密度出現(xiàn)誤差。每次更換量砂后都要重新進行松方密度測試，包括漏洞中的砂，因此，事先應(yīng)準備好充足的量砂，避免臨時找砂易影響檢測效率或出現(xiàn)操作不規(guī)范情況。

第二，確定試點后要對試驗面進行有效處理，表面必須平整，否則即使存在規(guī)格為1mm 的凸出點，也會使試驗面厚度增加，將該部分體積計算至試坑當(dāng)中，必然會導(dǎo)致結(jié)果不準確。建議先放置基板測試粗糙表面需要消耗的量砂，再按照規(guī)范要求計算出填坑砂量，該步驟僅可在試驗面非常光滑情況下允許省略[5]。

第三，挖試坑時控制坑壁保持筆直狀態(tài)，出現(xiàn)上大下小或下大上小情況時也會使檢測結(jié)果出現(xiàn)偏大或偏小情況；試坑應(yīng)為圓柱體，底部不得開挖成鍋底形狀，會導(dǎo)致取出的松散土體減少，也會導(dǎo)致檢測結(jié)果偏大。

第四，灌砂環(huán)節(jié)對厚度的檢測必須是路基整個碾壓層厚度，不得僅取某碾壓層或上部進行檢測。

4 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁路基工程試驗檢測中選擇合適的方法決定著試驗檢測結(jié)果能否客觀反饋路基質(zhì)量、穩(wěn)定性，因此，應(yīng)準確掌握每種方法的原理、適用條件、優(yōu)缺點。在應(yīng)用期間根據(jù)工程的具體情況進行科學(xué)選擇，形成詳細、規(guī)范、可靠的試驗檢測方案，指導(dǎo)試驗檢測按操作規(guī)范進行，規(guī)避誤差、減少失誤，從而利用試驗檢測獲得的準確結(jié)果對路基情況進行全面、客觀判斷。