路基压实效果评价方法研究

姚 鑫，张雪峰，王俊刚，王朝阳

(青岛理工大学 土木工程学院 青岛市 266033)

道路的构造为层状体系，路基的强度对路面的强度和刚度起着很重要的作用，而路基的强度很大程度上决定于各填土层的压实效果。高速公路、铁路、机场跑道、尤其是重载交通密集的疏港道路，对压实效果的要求更加严格。

以压实度和弯沉值作为指标的现行评价体系存在一定不足。大部分检(监)测技术[1]不能同时满足正上方受荷和实时检测压实效果的条件。因此，提出一种能够正上方受荷的实时检测新型装置对评价压实效果是必要的。

1 评价压实效果的方法和不足

工程中填料根据不同种类可分为：填土料、填石料、土石混合料，常用以下方法评价压实效果。

式中：ρ—现场路基土的湿密度，g/cm3；

ω—现场路基土的含水率，%。

通过《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)规定细粒土现场检测可以采用环刀法或灌砂法，粗粒土可以采用灌砂法、水袋法和钻孔取样蜡封法。同时核子密度仪可以作为快速检测装置，通过放射性元素检测路基填料的含水量及密度，可以大大提高检测效率，且不需要大量的工作人员。同时针对灌砂(水)法等对于粒径较大的填料测定压实度误差较大问题，徐会等[2]给出了改进公式，以此减小误差。密度检测法理论较为成熟，应用范围广。但在检测时对路基损坏大，现场取样困难，检测时间长，影响施工进度。虽然核子密度仪不对路基造成破坏，但在检测前需要提前与常规方法进行对比标定，同时易受温度和周围环境影响，测定值的波动性较大，散发的射线对人身体有害。

(2)抗力检测法以弹性模量作为检测指标时，其弹性模量采用承载板或弯沉来测定，检测结果通过选定测定的前后两次加卸载的回弹模量与规定的标准值进行对比，来评价压实效果。近年来，由于便携式落锤弯沉仪价格适中，检测速度快，和压实度及传统弯沉值相关性较高，所以目前常用它测量压实填料的动态变形模量(Evd)，来评价压实效果。李丹枫等[3]依托工程验证了PFWD评价压实效果的可行性，同时为减小误差指出承载板的荷载值应为检测点土体反馈于承载板的力。虽然该方法不破坏路基结构，检测范围广，能够和变形相联系，但在实际应用时，现场填料粒径与实验室标定可能存在差异，原地基的软硬程度对检测也有影响。

以检测塑形变形评价压实效果时，通过12t以上的压实设备进行碾压，通过确定前后两次变形差是否在规定范围内，来评价压实效果。通常采用水准仪等测量仪器进行测量，检测简单快速，但依靠经验性较大，尚没有一套完整的标准去规定。

(3)波法检测通过锤击的方式对地面产生瞬间冲击力，在介质中生成三种波，分别是横波、纵波和面波，通过检测面波中瑞雷波的波速，从而评价压实效果。张献民等[4]通过研究分析，发现瑞雷波的波速与密度成正比，并构建了波速和填料密度的数学模型，为ρ=0.3316V0.3316。虽然波法检测操作简单，经济性好，检测速度快，但对于波在各种填料中的传播规律和机理研究不足，级配变化较大时也需要多次标定，同时需要较高水准的专业人员操作。

(4)连续压实控制检测法[5]由振动型压路机、压实度仪和压实记录仪构成。它通过在振动型压路机上安装传感器，检测振动加速度信号，通过振动轮和路基填料间的作用力大小实时评价压实效果。该方法能够对压实过程实现全过程覆盖，大大提高检测效率，通过陈军等[6]研究，证明连续压实控制检测法对评价压实效果是可行的，与其它检测指标相关性较好。但其研发过程繁琐，精度较低，操作复杂，检测前需要先建立连续压实检测参数和压实度的关系模型。

综上，不同评价压实效果的方法在检测结果的可靠性、应用范围和理论上存在不同。虽然密度检测法原理简单，操作方便，但检测效率低。抗力检测法和波法操作简便，但需要相应的检测设备，结果存在偏差。连续压实控制检测法实施难度大，国内道路施工没有统一的压实效果评价体系。

2 新型压实评价装置

2.1 装置简介

新型装置[7]直接和路基土层的变形相联系，在检测时通过采集传感器的变化数据，通过与实验室检测土层压实的变形情况对比，以此检测当前土层的压实效果。在装置应用时，根据松铺层厚度调节装置高度，测量精度达0.01mm。具有不破坏土层结构，不影响施工、实时检测和测量精度高的优点。

（2）某大学内部控制制度执行效果。对实现高校内部控制目标发挥的积极作用，在一定程度上可以体现内部控制制度的执行效果。本文调查了学生对内部制度起到的作用以及其效果的评价。作用的效果分为非常大、大、一般、不大、没有关系五个选项，分别赋予的权重分值为 5，4，3，2，1。

装置的变形监测部分主要由夹土板、套筒和伸缩测距传感器组成，如图1。上夹土板(部件2)和下夹土板(部件9)之间形成待测的土层空间。支撑套管(部件4)和带导轨变径套管(部件6)防止周围土粒影响内部传感器。装置通过伸缩测距传感器监测土层变形。

图1 装置剖视图

2.2 装置工作原理

(1)通过下夹土板定位孔(部件1)和上夹土板定位孔(部件8)连接传感器与上下夹土板(部件2和9)，并通过定位螺栓(部件3)固定，防止传感器(部件7)倾斜。

(2)止动螺栓(部件5)将带导轨变径套管(部件6)固定，确保传感器有足够的初始位移空间。

(3)在上部荷载作用下带导轨变径套管(部件6)脱离止动螺栓(部件5)的约束，由此转换为板间土层支撑上下夹土板，由此测量土层变形。

(4)将传感器线缆引出土层外，并连接数据发射端，在移动端设备实现对土层碾压状态下塑形变形的实时数据采集。

(5)传感器线缆长度根据工程情况确定。路基填料变形过程中，夹土板带动套管内传感器跟随填料共同运动，进而测得精确填料层塑性变形数据。

3 新型装置压实效果评价试验

试验场地位于青岛市胶州某道路施工现场，路基填料土为土石混合料，填料最大粒径为6cm，含石率为30%，松铺高度为30cm。在松铺层整平后选取四个测点安装埋设装置，装置的顶面和底面与当前松铺顶面和底面平齐。装置安装后实施压路机(KS225H-2)碾压，工作参数见表1。

表1 压路机工作参数

试验结果分析：

图2为实测路基碾压过程中变形时程曲线，从图中可见，在初始阶段待检测时，传感器显示高度为49.04mm。随着压实开始，被压实填料产生塑性变形，每一台阶为一次碾压的压缩变形量，在碾压前4次，单次塑性变形量显著。当碾压8～9遍后，最终塑性变形量接近于零。同时根据碾压后装置显示高度计算得出压实土层厚度为26.682cm。后通过灌砂法测定压实度为95.7%，满足工程压实度95%的要求。试验结束后挖出装置，各功能组件完好，均能承受压路机荷载。图3为四个测点的压实度与变形曲线，表明各测点压实度满足路基填筑压实要求，相关性较好。综上所述，针对粒径适中的填料，在压实过程中通过该装置检测塑形变形量，分析和评价压实效果是可行的。

图2 路基变形时程曲线

图3 压实度与变形曲线

4 结论与展望

路基压实的目的是期望有较小的变形和抵抗变形的能力，承受路面和上部车辆带来的荷载。

综上，当前已有评价压实效果的方法存在诸多不足。通过自研的新型实时监测装置测得塑形变形量，其压实度满足要求，说明该装置可应用于快速评价压实效果。同时可深入研究建立针对荷载标准、填土性质等评价压实效果的技术标准，实时快速直接地确定本层路基填料是否达到压实要求，以此节约施工工期，实现更好的施工压实效果控制。