公路施工项目路基压实度的检测技术研究

邱林

（贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550001）

0 引言

路基填筑施工是高速公路建设中的一个重要环节，该环节的施工质量对整个高速公路的稳定性和行车安全都有很大的影响。在路基施工过程中，需对路基填筑的压实度进行检测，依靠检测数据判断已填筑区间的质量情况，从而准确控制路基强度，以保证路基的施工质量。因此，研究路基压实度检测技术，对工程实践有十分重要的指导意义。

1 影响公路工程路基压实度的因素

压实度是指路基填筑材料经过机械压实后的干密度与其室内标准测试结果最大值之比。如果路基填筑段的实测干密度与标准最大干密度相近，则说明路基的压实度好，在某种程度上也代表此段公路整体质量好，能更好地承受连续行车荷载造成的变形，且其耐久性、抗水腐蚀性也会更好。经分析大量施工经验数据，得出：影响路基压实度的主要因素有含水率、压实功、填料级配。

1.1 含水率

填料内部的水分含量是衡量路基压实度是否合格的一个关键指标，也是衡量路基土孔隙率和干密度的重要指标。受路基含水量的影响，其各种机械、力学性能也会随之改变，如土壤含水量会对土壤的渗透性、内摩擦角、压缩系数等产生一定的影响。

在最佳含水率的工况下，土壤可达到最优压实效果。如果路基中的水分含量很低，土壤压实过程中的土壤颗粒会很粗糙，土壤颗粒之间的互相滑动会产生很大的内摩擦力，缺乏水分的润滑，土壤内部的摩擦力增大，则很难达到路基压实标准。另外，若是实际含水量超过理想含水量，在土壤压实阶段，土壤中存在的自由水很难排出，便会形成大的孔隙水压，而颗粒间的空隙增大，会使路基土的干密度减小，最终降低路基整体质量，进而影响行车的稳定性和安全性。

1.2 压实功

压实功是指路基填筑阶段，压实机械施加于单位土体的作用力[1]。路基填料由土颗粒、气体、水分等成分组成，路基压实的作用是将填料中的气体、水分挤出，使单位体积内固体的土颗粒成分占比更多。由于施工条件、环境气候等现场工况易于变化，会导致路基压实不能满足设计规范，因此分析得出压实性能主要受碾压机械类型、填筑分层厚度、压实遍数及速率的影响。

1.3 填料级配

试验模拟表明，填料颗粒级配对路基的压实度有很大的影响。例如，土体级配情况越好，颗粒的连续性会更优，均匀性会更强，小颗粒更能充分填充大颗粒之间的孔隙，土壤的最大干密度也会进一步提升；而级配相对较差的土壤，由于土壤颗粒级配非连续，且均匀性更差，会导致土壤中的颗粒之间空隙增大，大颗粒之间的孔隙不能被有效充填，使得填料的密实性较差。

2 检测路基压实度的方法

2.1 环刀法

2.1.1 环刀法作业原理

试验方法：在试验之前，应先测量环刀的质量、体积，并在环刀内壁刷涂凡士林；清洁、整平取土点范围，将环刀竖直打入被测土壤，然后取下环刀，使土与环刀口平齐，清除外壁剩余土壤并称取重量；将土壤样品中的水分烘干（可采用烘干或烧干法），然后重新称取重量；依据已知的现场检测所得参数，检测点的压实度可以由公式（1）～（3）计算求出。

式（1）中：m1为环刀和湿土的整体重量；m2为环刀质量；υ为环刀体积。

式（2）中：ω为土样含水量；ρω为土湿密度；ρd为土干密度。

式（3）中：δ为压实度；ρdmax为最大干密度。

2.1.2 环刀法的优缺点

环刀法检测技术的优点在于所用设备简单、易于操作、效率高。其不足之处在于，检测过程容易对周边土壤造成破坏，且高度依赖测试者个体的操作水平；采用抽样方法，如果样本数量过少，检测数据则不具有代表性，不能真实反映待检区域的真实质量情况。

2.1.3 环刀法适用范围

环刀法主要适用于细粒土填筑路基的压实质量检测，而不适用于碎石、砾石类土壤填筑路基的压实质量检测。该检测方法操作简单，适用于对局部压实存在缺陷的路段的快速检测。此外，该检测方法对含水率指标十分敏感，因此也适用于因水分含量问题而导致的土壤压实度不足的检测。

2.2 灌砂法

2.2.1 灌砂法作业原理

灌砂法和环式刀法的检测操作过程有很多相似之处[2]。在检测操作环节，先在测试点挖洞取土，试坑开挖完毕后进行测量，主要测量指标值为灌砂质量、体积和试样土含水量等。完成测量后，计算干密度、湿密度进行，计算方法也与环刀法的基本思路一致，通过计算得出路基的压实度。

2.2.2 灌砂法优缺点

灌砂法的优势在于操作过程可控，所获得的数据精准，且检测值具有一定的代表性，是一种广泛用于公路工程路基压实度测试的方法。

缺点包括：量砂的干湿性、量砂称重等因素均会对最后的测定结果带来不利影响；操作过程需要大量的砂子，且需进行多次测量，检测效率很低；如果击实操作不规范，则会影响压实度计算基准值最大干密度的取值，会导致实测压实度不具有代表性。

2.2.3 灌砂法适用范围

灌砂法也是一种常见的压实质量检测手段，适合于路面基层或粗砂垫层、砾质土壤检测，但不适用大孔隙率、土石混填、石方段路基检测。

2.3 核子密度仪法

2.3.1 核子密度仪作业原理

核子密度仪法是一种高效的测定压实度和含水率的检测技术。使用核子密度仪检测之前，要在被检测场区的测点处钻一个小孔，将核子放入孔内，核子会在孔内发出辐射射线，然后扩散到待检点周边区域。核子密度仪可以接收到核子辐射后返回的射线，从而准确地测量出材料的密度。

2.3.2 核子密度仪法优缺点

核子密度仪法的优势包括：所需的检测人员较少，检测效率高；不会对填筑路基造成严重的破坏；可以直观地显示检测结果。其不足之处主要包括：操作过程会产生一定程度的辐射，会对环境、人体健康，造成不利影响；核子密度仪的关键部件辐射源在使用一段时间后会出现衰减现象，因此进行检测之前必须校准仪器，并进行严谨的标定和校准，且标定和校准的操作过程较为复杂；核子密度仪采购成本高，检测费用较高。

2.3.3 核子密度仪法适用范围

核子密度仪法适用于各类路基、路面填筑层的含水量、密度的测定；测量操作过程简单，可以直接从屏幕上读出测量结果；能快速对大范围路基填筑施工的压实质量进行精准评价，进而有效指导、优化现场施工作业。

2.4 瑞雷波法

瑞雷波检测技术主要利用层状填料瑞雷波波速频散特征，介质密度与瑞雷波的传播速率的相关性。在检测环节，可根据实测的频散曲线进行分层，并利用已知的瑞雷波速和密度的特定关系，精确地计算出每一层的压实度[3]。

相较于传统的反射波和折射波法，瑞雷波法的优势在于不受下层波速差异的影响。在波阻抗差别比较小的地质体界面，反射波和折射波方法难以区分，而瑞雷波检测技术则不存在此类问题。

3 常见路基压实度检测方法的区别

为确保路基工程质量，在施工过程中通常会根据不同工况，选择性地采用环刀法、灌砂法、核子密度仪法等方法来测定和评价路基的压实度[4]。这三种检测方法的主要区别如下：

第一，试验时间。灌砂法的试验操作方式与环刀法相似，但增加了注砂和取砂工序，因此作业时间更长，一次测试大约需要30min；核子密度仪可以通过屏幕直接读取数据，在熟练操作下，可以迅速测试压实度，每次测试仅需约5min，是这三种检测手段中检测用时最短的。

第二，检测成本价。与环刀法相比，灌砂法使用的量砂更多，且使用的工具也更多，因此试验费用要比环刀法高；核子密度仪法所用的仪器费用比较高，一台检测仪达10 万元左右，其试验费用在这三种方法中最高。

第三，适用的检测范围。环刀法只适用于一、二类颗粒小的黏性土壤；灌砂法不但适用于黏性土壤，还适用于含砾类、碎石类的土壤；而核子密度仪检测技术的检测结果受级配、粒度、均匀性等因素的影响很小，因此该检测技术可以适用于多类土壤，但不适合高含水率的土壤。

第四，压实度影响因素的相关性。环刀法、灌砂法都对含水率指标十分敏感，在因水分含量问题而导致的土壤压实度不足的检测方面比较精准；核子密度仪是利用反射元素来测量材料的密度，所以对压实功、粒径级配造成的压实度不足的检测更为准确。

4 提升路基压实度试验检测质量的建议

4.1 严谨路基压实度的各项数据采集

路基压实质量检测中的数据采集和分析是非常关键的步骤。

第一，在进行路基压实度数据采集之前，检测人员必须按照规范要求认真填写资料，掌握具体的路基情况，并综合分析采集到的各类数据，合理优化路基压实度检测的具体工作方案。

第二，在压实质量检测过程中，检测人员要不断优化方法并总结经验，以提升自己的工作水平。例如，对路基压实度测试数据采集方法、软件操作要求、各类信息技术等要点进行归纳。

第三，根据采集数据的分析结果，进行相应的评估，以综合评定所采用的压实检测手段的可行性。

4.2 规范路基压实度检测操作

路基压实质量检测对检测规程、人员的操作能力都有很高的要求。

第一，检测人员既要掌握特殊路基段压实度的设计指标，检测过程要严格按规范进行，以保证检测工作顺利开展，并能准确地反映出路基的压实度情况。

第二，在公路工程路基的压实度检测环节，检测人员应依据工况采用最适宜的检测方法，同时要在检测试验过程中对检测数据进行跟踪、监督，确保检测工作达到标准[5]。

第三，路基填筑常采用分层压实方案。检测压实质量之前，必须先确定试验层的厚度。试验坑开挖必须沿着整平的基面垂直向下，以确保取样土体侧壁平直，以免测量密度的检测数据偏大或偏小。

第四，要严格控制试坑开挖深度，不能过浅或过深。若开挖深度过浅，会影响试样密度的真实性；如果开挖深度太深，则会造成测试层以下的土料混入其中，导致检测的数据不是测试层土体的密度。

4.3 保证路基标准击实的精准度

为了确保路基的压实质量达到最佳状态，必须根据现场实际进行室内试验，做好规范的击实控制，以确定路基的最佳含水率和最大干密度[6]。

第一，使用标准化的击实装置。若击实装置不符合标准，会影响试验结果的准确性，进而影响对路基最佳含水率和最大干密度的确定。

第二，需在待检场区选择代表性的土壤试样。为确保试验结果的准确性，需要在待检场区选择代表性的土壤试样进行室内击实试验，若试样出现变化，应再次进行采样，以保证测试结果的准确性。

第三，根据室内击实试验结果，获得最大干密度值，将之作为准确计算路基压实度的基准值。经路基压实度检测，并完成相应的评估后，可以掌握路基的压实情况，进而决定是否要继续优化路基施工操作方案。

第四，应严格按质量指标要求，控制路基压实度，例如高速公路、一级公路路基的压实度，轻、中及重交通荷载等级路床0～80cm 区间的压实度，应达到96%以上；上路堤80～150cm 填筑区间的压实度，应达到94%以上；低于150cm 以下路堤填筑区间的压实度，应达到93%以上。

4.4 确保施工现场检测数据的准确性

进行现场压实质量检测之前，要编制构建路基情况调查表，为采集试验数据提供多角度参考。施工过程中要做好压实度检测工作，以完成路基压实情况的检测和质量评定。

根据公路路基的实际情况，对现场实测压实度资料进行统计分析，以验证检测数据的可靠性。

5 结语

综上所述，路基压实度检测是控制公路工程整体施工质量的重要环节，因而需要合理开展路基压实度检测工作，发现问题及时处理，以免质量失控，引发病害。由于不同的压实度检测方法的原理不同，适用情况也不同，因此必须分析影响路基填筑土体压实的各类因素，采取最适宜的检测手段，消除测量过程中的不良效应，从而保证压实度检测值的真实性。