基于填石路基的K30與Evd檢測方法相關性分析及選用

王方林 何東坡

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

填石路基不同于土路基，路基填料由70%以上的石料組成，承載能力強，后續沉降量小，排水性能好，是一種優良的路基建筑材料[1]，由于路基中存在大量孔隙，在壓實過程中孔隙逐漸變少，強度逐漸增大。研究碾壓后的路基填筑質量，如何尋找合適且精確的檢測手段就十分必要。

1 工程概況

本試驗路位于京漠公路(樟嶺至西林吉段)，國道北京至漠河公路樟嶺(塔漠界)至西林吉段工程起于塔河與漠河交界K375+850處，與國道京漠公路瓦拉干至樟嶺(塔漠界)段終點順接，止于漠河至北極村公路K4+500處，與漠北公路銜接。全長81.202 km，主線和漠河支線采用二級公路標準，瀝青混凝土路面，設計時速80 km/h，路路寬12 m，路面寬度10.5 m，A1標段樁號K375+850～K425+290共48 km。對試驗路的填料進行篩分實驗，37.5 mm篩上質量占比70%以上，按照規范屬于填石路基。

2 填石路基檢測

2.1 動態變形模量(Evd)測試原理

動態變形模量(Evd)反映了路基在動荷載作用下的承載力指標，是一種路基填筑質量檢測方法，該試驗利用落錘自由下落時產生的動荷載，模擬車輛運行時對路基面產生的沖擊效應，進行動力加載，檢測路基在動荷載作用下的動應力和動應變參數，并以此計算反映動態變形模量Evd值。動態變形模量(Evd)測試應用動荷載，補充地基系數K30平板荷載試驗僅用靜力加載，而缺少反映道路通行時受到動荷載的影響的缺點。

2.2 動態變形模量(Evd)測試方法

動態變形模量測試儀由加載裝置、載荷板和沉陷測定儀三部分組成。儀器可以測得沉陷測試范圍： 0.1 mm～2.0 mm±0.05 mm，動態變形模量(Evd)測試范圍：10 MPa

現場測試操作方法：將荷載板置于事先平整好的平面上，將測試導桿和落錘組裝好，利用水準泡來觀察導桿是否垂直于地面；將落錘提高到指定位置并由掛鉤固定住，扳動掛鉤使落錘落下，落錘作用在荷載板后，回彈時應迅速抓住落錘，并使之回歸掛鉤位置。注意不要使得落錘第二次沖擊在鋼板上，否則影響后續實驗結果。進行三次預沖擊，然后進行三次正式測試并做記錄，記錄每個測點的位置和填料的相關數據[2]。測試時應穩定荷載板的位置，使之盡量不要移動。

檢測中應遵循以下要點：

1)測試平面須用工具或者通過荷載板的轉動、推移來整平。在上述方法無效時，可以用少量的填料進行整平；

2)測試前檢測導桿的垂直情況，應與現場測試平面垂線夾角小于5°；

3)測試前檢查儀器的落距與出場時是否一致；

4)每點測試前先做三次預沖擊，旨在消除部分路基表面存在松動的影響，減少路基塑性變形帶來的影響，可使最終檢測結果更精確。

動態變形模量(Evd)測試存在以下優點：結構簡單，易于操作，測試結果能較為準確反映出路基的壓實情況，測試者經過簡單的培訓即可掌握測試方法。其單點測試快，平均在5 min以內，在小范圍內測量迅速。適合在狹小的場地如橋頭等地點測試，在施工過程中可以同步監測路基施工質量而不影響施工進度，是一種較為先進的路基質量檢測方法。雖然動態變形模量(Evd)測試存在眾多優點且使用方便，但是要控制其測試過程中產生的誤差，需要測試人員嚴格按照說明書操作。如果路基表層有松土，會產生異常低的數值，預壓后會減少異常數值，必須將測點清理平整后，再進行相關檢測。

2.3 地基系數(K30)檢測原理

地基系數(K30)檢測是在剛性板上逐級施加荷載，檢測在荷載作用下地基的強度。地基系數K30的檢測結果與填料本身性質、加載的方式、荷載板的形狀、大小都相關，Evd測試與K30測試使用的荷載板同為半徑15 cm的圓形荷載鋼板，但各自加載方式不同，檢測原理也不相同。

2.4 地基系數(K30)測試方法

現場檢測需要注意以下幾點：測試場地應事先整平，當測試點處于斜坡時，由于測試利用上部荷載的重力，所以需要將測試點所在位置整理水平。根據現場情況來合理選擇測點位置，避開附近震源。

1)注意保持路基原始狀態，避免測點選在有松動大石塊的位置；將荷載板置于測試平面上，使荷載板與地面接觸良好不存在脫空現象，必要時可鋪少量中砂或細沙找平。

2)放置荷載板：使用水準尺將荷載板調整至水平。荷載板最外緣與反力裝置支撐點間距大于1 m。

3)荷載板中心凹槽內放置千斤頂承力裝置，使千斤頂保持豎直。

4)安裝測橋：測橋的支撐底座設置在荷載板外緣的1 m以外，千分表須在測橋兩端相互對稱，與荷載板中心保持相同距離。

5)加載試驗：在試驗開始前先加 0.01 MPa荷載，進行預壓30 s，等待路基穩定后解除荷載，將百分表讀數作為初始值；以0.04 MPa作為每一級加載量，靜置1 min所產生的沉降量不應大于剛加載產生的1%，滿足條件后記錄千分表讀數，進行下一級荷載增加工作。當路基總下沉量超過1.25 mm時或者荷載超過地基所能承受的最大壓力達到地基的屈服點時，實驗立即停止[3]。由于加載不均和土體本身狀態影響，可能會產生嚴重傾斜，出現嚴重傾斜時應將試驗點下挖30 cm并重新進行試驗。本次測試過程中并未出現傾斜現象。

3 動態變形模量(Evd)與地基系數(K30)相關性分析及檢測方法選用

3.1 試驗路檢測結果

選取試驗路京漠公路K415+000～K415+250的填石路基路段作為實驗對象，為了不影響其他施工環節，在路基的右側路段選取7個點位作為檢測目標，在同一點上分別使用動態變形模量以及地基系數按照上文所述進行標準檢測。檢測時先使用動態變形模量測試儀進行檢測，以免地基系數檢測過后的測試點過度碾壓，影響測試準確性。測試結果如表1所示。

表1 K30與Evd檢測數據

按照規范《鐵路路基工程施工質量驗收標準》中要求，路基表層(壓實度95%)，地基系數K30應不小于150 MPa/m，根據TB 10020—2009(試行)高鐵路基設計規范規定，基床表層級配碎石地基系數K30均大于190 MPa/m[4]。按照設計文件中的要求，路基干燥狀態下彎沉值不超過180(0.01 mm)，中濕狀態不超過200(0.01 mm)。通過彎沉值與彈性模量換算公式可得，干燥狀態路基頂面模量不小于40 MPa，規范中規定二級公路路基頂面變形模量不小于35 MPa，取其中相對高的40 MPa作為本次實驗的標準，以上7個測點的動態變形模量與地基系數均滿足規范和設計文件要求，可以進行下一步的相關性分析。

3.2 相關性分析及檢測方法選用

由于對以上兩種路基質量檢測方法進行相關性分析，根據格拉布斯準則[5]，先剔除粗大誤差數據后進行相關性擬合。進行K30和Evd數據的回歸分析，由于二者都是對地基質量檢測，且隨著碾壓程度的增加而增加，故采用線性模型分析，根據origin和excel的擬合顯示，擬合方程為y=0.302 7x-12.13(x為地基系數；y為動態變形模量)，相關系數R2=0.901 6，如圖1所示。

相關系數數值接近1表明回歸方程整體的擬合度較好，二者呈強相關。從檢測原理上可以發現，動態變形模量(Evd)雖然是施加動載，但動載在20 ms左右的時間內與地基接觸完畢，在地基尚未產生塑性變形時已完成作用，可以認為測量的是彈性模量，與靜態的地基系數存在檢測原理上的一致性[6]，分析二者相關性存在一定意義。兩種路基質量方法作為無損檢測設備，在不破壞路基完整性前提下，相比灌水法能節省路基檢測時間，為后續施工工序提供便利。建議對動態回彈模量不足的區域進行復測，以確定最終的補壓區域，減少機械臺班的浪費。

4 結論

本文在京漠公路(樟嶺至西林吉)A1標段的填石公路上，分別使用動態變形模量(Evd)和地基系數(K30)進行路基填筑質量的檢測，在試驗路上布置7個測點，其測試結果均滿足規范與設計要求。對兩種檢測方法的結果進行擬合，發現動態變形模量(Evd)測試與地基系數(K30)測試存在強相關性，相關系數達0.901 6。證明兩種測試方法選擇其一即可，在這里優先選用動態變形模量(Evd)進行路基填筑質量的檢測，其儀器簡單易用，減少檢測實驗的工作量，降低檢測工作的復雜性，減少人力物力的使用，推薦作為質量監控手段，實時檢測填石路基頂面動態變形模量，對檢測不合格路段及時進行補壓作業，可以有效提高施工效率，是一種優秀的路基填筑質量檢測方法。