砂礫卵石土路基施工質量檢測方法研究

任 舸

(蘇交科集團股份有限公司，南京 210017)

0 引言

砂礫卵石土填筑的路基具有透水性強、 抗剪強度高和整體剛度大等工程特性，是一種較為優質的路基填料。在現行的相關規范中， 沒有對砂礫卵石土路基施工的明確技術要求， 相關的路基壓實質量檢測方法和控制指標也沒有具體描述， 使得該類材料沒有大規模用于高速公路建設當中，造成了不必要的浪費[1]。

文中對壓實度法和沉降差法的檢測效果進行了分析，同時進行了DCP、彎沉、回彈模量檢測，對各種指標的關聯性進行了分析，初步探索一種完善的、適合推廣的檢測方法[2]。

1 工程概況

某高速公路沿線分布有豐富的砂礫卵石土(如圖1所示)，采用砂礫卵石土進行路基填筑，取材方便，對于節約項目成本，避免大規模集中取土，保護生態環境具有重要意義。為更好地積累經驗，本次試驗選取該項目先導段部分路段進行試驗施工， 試驗段砂礫卵石土填筑平均寬度為47.8m，松鋪厚度左幅為40cm，右幅為30cm，共計需要砂礫卵石土1960m3。

圖1 砂礫卵石土

2 現場試驗

2.1 試驗前準備工作

路基填筑中的砂礫卵石土應嚴格控制粒徑組成，填料中大于5mm 的顆粒含量應保持在30%以上、70%以下， 嚴禁大面積出現砂礫卵石土粗顆粒含量大于70%的區域。

砂礫卵石土的最大粒徑應小于攤鋪厚度的2/3，當較難判斷最大粒徑取值時， 可將最大粒徑取為100mm，大于最大粒徑部分的填料要進行人工剔除。

2.2 砂礫卵石土的壓實

壓實機械可選用單鋼輪或拖式振動壓路機， 或與沖擊式壓路機進行組合。碾壓前應對待壓層的松鋪厚度、平整度和含水量進行檢查[3]。 振動壓路機的壓實噸位應在20t 以上，振動頻率25Hz～32Hz，振幅1.5mm 以上，碾壓速度控制為2km/h～4km/h。

碾壓組合為先靜壓后振壓再靜壓， 開始靜壓遍數為1 遍整平， 然后按規定遍數振動碾壓， 最后靜壓1 遍收光。從兩側開始向中間碾壓，輪子與壓路機行走路線縱向平行，碾壓多次。 碾壓速度為2km/h～4km/h，開始時宜用慢速，嚴格按確定的振動碾壓遍數進行路基全寬碾壓。

2.3 質量檢測方法

2.3.1 壓實度檢測

壓實度是指實驗室內用規定的擊實實驗法求得某種土的最大干密度(即標準干密度)ρmax，在施工現場通關過壓實后測得該種土的干密度ρd，ρd與ρmax之比值即為該種土的壓實度K，即

現場采用灌砂法測試砂礫卵石土的干密度： 在試驗地點，將基板放在平坦表面上，沿基板中孔鑿洞，并隨時將鑿松的材料取出裝入塑料袋中。 試洞的深度應與測定層厚度一致，但不得混入下層材料，最后取出洞內的鑿松材料。在挖出的材料中選取有代表性的樣品，測定其含水率(w，以%計)。 在試坑上放置好基板，同時把灌砂筒放在底板的中心位置， 將灌砂筒的開口與基板的開孔以及下方的試洞對齊，將砂筒的開關打開，使得砂灌入試洞內。取走灌砂筒，并稱量筒內剩余砂的質量。

2.3.2 強度指標檢測

動力錐貫入儀(DCP)屬小型輕便地基土原位測試的觸探儀，這種原位測試的DCP 貫入儀在國外已經相當普遍[3]。通過標準貫入，動力錐貫入儀(DCP)可用于判定路基不同層位的承載能力，其相應的結果是CBR 值，也可以換算為路基回彈模量，該設備的優點是方便、快捷、使用靈活，對施工現場測試或老路路基承載力評價應用較多。

通過下邊的公式來計算CBR 值和路基回彈模量：

式中，PR 為每錘擊一次的貫入度。

手持式落錘彎沉儀(PFWD)，具有攜帶方便、操作靈活，可靠性好，自動記錄并能模擬汽車荷載作用等優點，是一種新的動力模量快速無損檢測設備(如圖2)，可用來快速檢測路基回彈模量值[4]。

圖2 現場PFWD 檢測

PFWD 的荷載施加方式和FWD 一致， 均為動荷載，且加載時間極短，可認為瞬時加載，根據PFWD 測得的最大壓力值p 和最大彎沉值l，采用圓形垂直彈性半空間體的剛性承載板理論公式進行計算，可以得到路基模量EP為：

式中：p 代表實測的承載板最大單位壓力kPa； δ 代表承載板半徑cm； μ 代表泊松系數；l 代表實測的中心彎沉μm；Ep代表路基回彈模量MPa。

2.3.3 沉降差檢測

砂礫卵石土路基沉降差檢測方法是指路基在碾壓完成之后， 測定壓實層表面的測點在用標準噸位的壓路機碾壓前后的高程差即沉降差， 用以評定路基壓實質量的方法[5]。

主要步驟如下：

(1)首先確定檢測的斷面及檢測的點數布置，在砂礫卵石土攤鋪整平之后，碾壓之前，量測各測點的高程。

(2)按照預定的施工工藝，碾壓參數對砂礫卵石土路基進行碾壓，并且每碾壓一遍后要進行高程檢測，保證檢測點與前一環節檢測點處在同一個垂線上。

(3)直到碾壓到一定遍數，路基高度穩定為止，在沉降差檢測中，要注意以下幾點：

①因砂礫卵石土具有明顯的離散性，沉降差檢測時，應以測點為圓心，20cm 為半徑的圓內多次量測， 取平均值。

②因現場碾壓機械為振動壓路機， 碾壓過程中的振動波對水準儀的穩定有重要影響， 若儀器距離碾壓機械位置較近，壓實過程將會擾動儀器的位置，因此水準儀的架設位置保證離碾壓機械20m 以上。

沉降差觀測試驗路堤填料的初始高度為Ho，受壓后的高度為H，S 為壓力P 下路堤的沉降差，三者之間的關系為：H=Ho-S， 假設土體壓縮后體積的改變全為孔隙體積的壓縮，根據土體前后質量不變、壓縮面積不變、填料體積不變的特性得出壓實度：

式中：ρ0為路基填料初始密度(g/cm3)；α 為松鋪系數；h1為碾壓前填料厚度；h2為碾壓后填料厚度。

3 試驗成果分析

3.1 碾壓遍數與壓實度的關系

碾壓4 遍后對30cm 和40cm 試驗路段各取兩個檢測點做灌砂、 灌水實驗， 測試出的干密度為2.052g/cm3、2.086g/cm3、2.079g/cm3、2.094g/cm3。 振動臺法測出的最大干密度平均值為2.108g/cm3， 對應壓實度分別為：97.3%，98.9%、98.6%、99.3%。灌水法測得的干密度大于灌砂法測得的干密度，灌砂法得到的試驗結果可信度更高，碾壓4遍后的壓實度均滿足規范要求。

3.2 碾壓遍數與CBR、彎沉值、回彈模量的關系

圖3 碾壓三遍貫入曲線圖

圖4 碾壓四遍貫入曲線圖

圖5 碾壓五遍貫入曲線圖

從碾壓3、4、5 遍貫入度曲線圖(圖3～圖5)中可看出，貫入深度和錘擊次數有明顯的線性關系， 碾壓次數達到3 遍時，曲線的離散型較大，隨著碾壓次數的增多，錘擊次數和貫入度之間的線性關系更加清晰， 且曲線的變化范圍比碾壓3 遍明顯收窄，貫入度在最小為17.6cm，最大24.6cm，當路基碾壓到第5 遍時，貫入曲線離散程度又一次增大，最大貫入度31.2cm，顯然這樣對路基施工得不償失。壓實度滿足要求時，砂礫卵石土的最佳壓實遍數為4 遍，與灌砂法得出的結論相一致。

為了更為直觀地反映碾壓遍數與彎沉值、回彈模量、壓實度之間的變化關系， 將碾壓遍數與前述各參數用平滑線散點圖6～圖8 表示，并作相應的分析。

從圖6 和圖7 可知， 壓實度和回彈模量均隨著碾壓變數的增加而增加，當碾壓遍數大于4 次時，壓實度和回彈模量隨著碾壓遍數的增加而減少， 可見碾壓遍數為4次時為最佳。

圖6 碾壓遍數與壓實度關系

圖7 碾壓遍數與回彈模量關系

圖8 碾壓遍數與彎沉值關系

從圖8 得知，彎沉值隨著壓實遍數的增加而減少，當碾壓遍數大于4 次時，彎沉值開始增加，繼續再增加碾壓遍數對增強砂礫卵石土的壓實效果已經沒有積極影響。

3.3 碾壓遍數與沉降差的關系

運用沉降差檢測時，路基碾壓至第3 遍時，部分測點沉降在4mm 以內，當碾壓至第4 遍時，全部測點沉降在4mm 以內，當碾壓至第5 遍時，全部測點沉降在4mm 以內，此時路基壓實度即滿足要求，路基的最佳壓實遍數為4 遍，與灌砂法、灌水法、DCP 法試驗得出的第4 遍碾壓結束后壓實度滿足設計要求結論相一致。

4 結論

(1)砂礫卵石土路基作為施工填料，具有強度高、透水性好和整體剛度大的特點，在無側限條件下，局部離散型較大，除壓實度外，沉降差是另一種重要的壓實效果評價指標。

(2)砂礫卵石土需運用振動壓路機進行壓實，沉降差檢測方法能夠較好的反映壓實質量， 同時運用各種檢測方法確定了最佳壓實遍數為4 遍， 同時沉降差控制標準為4mm。

(3)本文提出的壓實質量檢測方法是可行的，可以滿足高速公路砂礫卵石土路基的填筑要求。