砂砾卵石土路基施工质量检测方法研究

任 舸

(苏交科集团股份有限公司，南京 210017)

0 引言

砂砾卵石土填筑的路基具有透水性强、 抗剪强度高和整体刚度大等工程特性，是一种较为优质的路基填料。在现行的相关规范中， 没有对砂砾卵石土路基施工的明确技术要求， 相关的路基压实质量检测方法和控制指标也没有具体描述， 使得该类材料没有大规模用于高速公路建设当中，造成了不必要的浪费[1]。

文中对压实度法和沉降差法的检测效果进行了分析，同时进行了DCP、弯沉、回弹模量检测，对各种指标的关联性进行了分析，初步探索一种完善的、适合推广的检测方法[2]。

1 工程概况

某高速公路沿线分布有丰富的砂砾卵石土(如图1所示)，采用砂砾卵石土进行路基填筑，取材方便，对于节约项目成本，避免大规模集中取土，保护生态环境具有重要意义。为更好地积累经验，本次试验选取该项目先导段部分路段进行试验施工， 试验段砂砾卵石土填筑平均宽度为47.8m，松铺厚度左幅为40cm，右幅为30cm，共计需要砂砾卵石土1960m3。

图1 砂砾卵石土

2 现场试验

2.1 试验前准备工作

路基填筑中的砂砾卵石土应严格控制粒径组成，填料中大于5mm 的颗粒含量应保持在30%以上、70%以下， 严禁大面积出现砂砾卵石土粗颗粒含量大于70%的区域。

砂砾卵石土的最大粒径应小于摊铺厚度的2/3，当较难判断最大粒径取值时， 可将最大粒径取为100mm，大于最大粒径部分的填料要进行人工剔除。

2.2 砂砾卵石土的压实

压实机械可选用单钢轮或拖式振动压路机， 或与冲击式压路机进行组合。碾压前应对待压层的松铺厚度、平整度和含水量进行检查[3]。 振动压路机的压实吨位应在20t 以上，振动频率25Hz～32Hz，振幅1.5mm 以上，碾压速度控制为2km/h～4km/h。

碾压组合为先静压后振压再静压， 开始静压遍数为1 遍整平， 然后按规定遍数振动碾压， 最后静压1 遍收光。从两侧开始向中间碾压，轮子与压路机行走路线纵向平行，碾压多次。 碾压速度为2km/h～4km/h，开始时宜用慢速，严格按确定的振动碾压遍数进行路基全宽碾压。

2.3 质量检测方法

2.3.1 压实度检测

压实度是指实验室内用规定的击实实验法求得某种土的最大干密度(即标准干密度)ρmax，在施工现场通关过压实后测得该种土的干密度ρd，ρd与ρmax之比值即为该种土的压实度K，即

现场采用灌砂法测试砂砾卵石土的干密度： 在试验地点，将基板放在平坦表面上，沿基板中孔凿洞，并随时将凿松的材料取出装入塑料袋中。 试洞的深度应与测定层厚度一致，但不得混入下层材料，最后取出洞内的凿松材料。在挖出的材料中选取有代表性的样品，测定其含水率(w，以%计)。 在试坑上放置好基板，同时把灌砂筒放在底板的中心位置， 将灌砂筒的开口与基板的开孔以及下方的试洞对齐，将砂筒的开关打开，使得砂灌入试洞内。取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量。

2.3.2 强度指标检测

动力锥贯入仪(DCP)属小型轻便地基土原位测试的触探仪，这种原位测试的DCP 贯入仪在国外已经相当普遍[3]。通过标准贯入，动力锥贯入仪(DCP)可用于判定路基不同层位的承载能力，其相应的结果是CBR 值，也可以换算为路基回弹模量，该设备的优点是方便、快捷、使用灵活，对施工现场测试或老路路基承载力评价应用较多。

通过下边的公式来计算CBR 值和路基回弹模量：

式中，PR 为每锤击一次的贯入度。

手持式落锤弯沉仪(PFWD)，具有携带方便、操作灵活，可靠性好，自动记录并能模拟汽车荷载作用等优点，是一种新的动力模量快速无损检测设备(如图2)，可用来快速检测路基回弹模量值[4]。

图2 现场PFWD 检测

PFWD 的荷载施加方式和FWD 一致， 均为动荷载，且加载时间极短，可认为瞬时加载，根据PFWD 测得的最大压力值p 和最大弯沉值l，采用圆形垂直弹性半空间体的刚性承载板理论公式进行计算，可以得到路基模量EP为：

式中：p 代表实测的承载板最大单位压力kPa； δ 代表承载板半径cm； μ 代表泊松系数；l 代表实测的中心弯沉μm；Ep代表路基回弹模量MPa。

2.3.3 沉降差检测

砂砾卵石土路基沉降差检测方法是指路基在碾压完成之后， 测定压实层表面的测点在用标准吨位的压路机碾压前后的高程差即沉降差， 用以评定路基压实质量的方法[5]。

主要步骤如下：

(1)首先确定检测的断面及检测的点数布置，在砂砾卵石土摊铺整平之后，碾压之前，量测各测点的高程。

(2)按照预定的施工工艺，碾压参数对砂砾卵石土路基进行碾压，并且每碾压一遍后要进行高程检测，保证检测点与前一环节检测点处在同一个垂线上。

(3)直到碾压到一定遍数，路基高度稳定为止，在沉降差检测中，要注意以下几点：

①因砂砾卵石土具有明显的离散性，沉降差检测时，应以测点为圆心，20cm 为半径的圆内多次量测， 取平均值。

②因现场碾压机械为振动压路机， 碾压过程中的振动波对水准仪的稳定有重要影响， 若仪器距离碾压机械位置较近，压实过程将会扰动仪器的位置，因此水准仪的架设位置保证离碾压机械20m 以上。

沉降差观测试验路堤填料的初始高度为Ho，受压后的高度为H，S 为压力P 下路堤的沉降差，三者之间的关系为：H=Ho-S， 假设土体压缩后体积的改变全为孔隙体积的压缩，根据土体前后质量不变、压缩面积不变、填料体积不变的特性得出压实度：

式中：ρ0为路基填料初始密度(g/cm3)；α 为松铺系数；h1为碾压前填料厚度；h2为碾压后填料厚度。

3 试验成果分析

3.1 碾压遍数与压实度的关系

碾压4 遍后对30cm 和40cm 试验路段各取两个检测点做灌砂、 灌水实验， 测试出的干密度为2.052g/cm3、2.086g/cm3、2.079g/cm3、2.094g/cm3。 振动台法测出的最大干密度平均值为2.108g/cm3， 对应压实度分别为：97.3%，98.9%、98.6%、99.3%。灌水法测得的干密度大于灌砂法测得的干密度，灌砂法得到的试验结果可信度更高，碾压4遍后的压实度均满足规范要求。

3.2 碾压遍数与CBR、弯沉值、回弹模量的关系

图3 碾压三遍贯入曲线图

图4 碾压四遍贯入曲线图

图5 碾压五遍贯入曲线图

从碾压3、4、5 遍贯入度曲线图(图3～图5)中可看出，贯入深度和锤击次数有明显的线性关系， 碾压次数达到3 遍时，曲线的离散型较大，随着碾压次数的增多，锤击次数和贯入度之间的线性关系更加清晰， 且曲线的变化范围比碾压3 遍明显收窄，贯入度在最小为17.6cm，最大24.6cm，当路基碾压到第5 遍时，贯入曲线离散程度又一次增大，最大贯入度31.2cm，显然这样对路基施工得不偿失。压实度满足要求时，砂砾卵石土的最佳压实遍数为4 遍，与灌砂法得出的结论相一致。

为了更为直观地反映碾压遍数与弯沉值、回弹模量、压实度之间的变化关系， 将碾压遍数与前述各参数用平滑线散点图6～图8 表示，并作相应的分析。

从图6 和图7 可知， 压实度和回弹模量均随着碾压变数的增加而增加，当碾压遍数大于4 次时，压实度和回弹模量随着碾压遍数的增加而减少， 可见碾压遍数为4次时为最佳。

图6 碾压遍数与压实度关系

图7 碾压遍数与回弹模量关系

图8 碾压遍数与弯沉值关系

从图8 得知，弯沉值随着压实遍数的增加而减少，当碾压遍数大于4 次时，弯沉值开始增加，继续再增加碾压遍数对增强砂砾卵石土的压实效果已经没有积极影响。

3.3 碾压遍数与沉降差的关系

运用沉降差检测时，路基碾压至第3 遍时，部分测点沉降在4mm 以内，当碾压至第4 遍时，全部测点沉降在4mm 以内，当碾压至第5 遍时，全部测点沉降在4mm 以内，此时路基压实度即满足要求，路基的最佳压实遍数为4 遍，与灌砂法、灌水法、DCP 法试验得出的第4 遍碾压结束后压实度满足设计要求结论相一致。

4 结论

(1)砂砾卵石土路基作为施工填料，具有强度高、透水性好和整体刚度大的特点，在无侧限条件下，局部离散型较大，除压实度外，沉降差是另一种重要的压实效果评价指标。

(2)砂砾卵石土需运用振动压路机进行压实，沉降差检测方法能够较好的反映压实质量， 同时运用各种检测方法确定了最佳压实遍数为4 遍， 同时沉降差控制标准为4mm。

(3)本文提出的压实质量检测方法是可行的，可以满足高速公路砂砾卵石土路基的填筑要求。