基于EVD的機場路基分層壓實度快速檢測

程利力， 周 誠， 張 勇， 肖小進， 陳嘉錫

(1. 華中科技大學 土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074；2. 武漢市市政建設集團有限公司，湖北 武漢 430023)

為保證機場運營過程中飛機快速升降的平穩性，往往在機場路基施工過程中對其壓實質量要求極高[1]，傳統檢測手段常采用灌砂法、灌水法進行壓實度檢測，其指標易于理解，能較好地反映機場路基的強度和穩定性，但該檢測手段耗費時間長且對路基有損，無法實現快速檢測[2,3]。

目前，相關學者基于路基材料模量(剛度)進行壓實質量表征。陳健壯等[4]通過分析不同最大粒徑的動態變形模量Evd與壓實度相關關系，為壓實質量快速檢測提供了一定思路。雍少寧等[5]建立了不同路基材料的Evd與壓實度的相關關系，從而實現壓實度的快速檢測。王龍等[6]采用落鋒式彎沉儀檢測技術進行快速無損檢測，并對路基壓實進行均勻性評價。馬健翔[7]分析了不同溫度及不同齡期下瀝青路面Evd與壓實度的相關關系，從而實現壓實質量快速檢測。江松[8]針對大粒徑無黏性土石混填路基，利用EVD檢測技術進行壓實質量評價。周德泉等[9]針對重復壓縮-回彈條件下土石混填體進行壓實指標相關性分析。吳龍梁等[10]通過建立壓實度與動態變形模量的多元回歸分析模型，從而實現連續壓實質量。Rafiei[11]等通過對不同壓實度情況下的材料變形模量進行分析，研究表明動態變形模量與壓實度和含水量具有良好的相關關系。現有研究多用于分析不同路基材料模量與壓實度的關系，還未對同一材料不同碾壓遍數以及不同碾壓位置的差異性進行相關研究。

綜上所述，本文以某通用機場飛行區擴建項目部分機場路基施工為例，通過建立Evd與壓實度數據的相關關系，利用EVD檢測技術對壓實質量進行快速無損檢測，并分析不同碾壓遍數以及不同碾壓位置的Evd分布差異性，進而為現場壓實質量快速無損檢測提供一定的參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

本工程以某通用機場飛行區擴建工程項目為例，場地距長江左岸近，位于長江一級階地，地形平坦；工程總面積約200萬m2，施工場地范圍廣，場地平整和土方挖填工程量大，工程任務重，施工工期緊，項目主要施工內容包括擴建飛行區工程、航站樓以及相應配套設施工程等。圖1為某通用機場飛行區地理位置。

圖1 某通用機場飛行區地理位置

1.2 水文地質條件

本工程地質條件復雜，整個場區內廣泛分布溝塘，場區內主要為低液限粉土或粉質粘土，場地中降雨為地下水的主要來源，其賦存于地表填土中，含水量難以控制，不易壓實。

2 實驗方案

2.1 組織方案

2.1.1 實驗段區域

本飛行區擴建項目主要分跑道和滑行道；跑道區施工總寬度48 m，其中路面寬度45 m，每側路肩各寬1.5 m；滑行道施工總寬度25 m，其中路面寬度18 m，兩側路肩各寬3.5 m。其中，實驗段區域大小為16×100 m，具體位置如圖2所示。

圖2 實驗段具體位置

2.1.2 現場施工工藝

現場施工工藝如下：首先，素填土路床填至設計標高；然后級配碎石分三層施工，從下向上依次第一層40 cm，第二層20 cm，第三層20 cm；接下來兩層水泥穩定碎石層，均為18 cm厚；最后澆筑34 cm厚的水泥混凝土面層，共150 cm。

級配碎石分三層檢測，本次實驗選取第三層級配碎石作為實驗段，施工采用22 t振動壓路機進行碾壓，采用振動壓路機碾壓4遍，終壓采用鋼輪壓路機靜壓2遍以上，至無輪跡為止。

圖3 現場分層施工工藝流程

2.1.3 實驗段布點方案

根據現場實驗段大小以及攤鋪機寬度8 m，選擇在每個碾壓斷面上平均間隔4 m布設一個點，在長度方向平均間隔10～20 m布設一個點，實驗過程中用紅色噴漆進行標記位置，測點布置如圖4所示。

圖4 實驗段測點布置/m

2.2 檢測方法

2.2.1 EVD檢測方法

EVD技術測試原理是利用落錘從適當高度自由下落，進而傳遞至荷載板，使荷載板下沉，沉陷量越小，則被測點的承載力越大。EVD檢測具體實驗步驟如下：

(1)平整場地表面，將荷載板水平放置在檢測路基上，適當旋轉荷載板使其保持水平；

(2)連接測試儀進行數據存儲，松開搬運鎖，調整導向桿氣泡使其保持垂直；

(3)開啟測定儀電源，首先進行三次預沖擊測試，然后進行連續三次沖擊加載實驗，取三次測量的平均值作為Evd值。

(4)打印檢測結果，并進行下一次測試。

圖5 現場EVD檢測實施

2.2.2 壓實度檢測方法

按照JTG 3450—2019《公路路基路面現場測試規程》[12]，進行挖坑灌砂測試壓實度，其測試方法步驟如下：

(1)在實驗地點選取一塊平坦場地，將基板放在表面并固定；

(2)沿基板中孔鉆取約15 cm深度的試洞，將挖出的全部材料用潔凈的搪瓷盤放置，并稱取洞內材料質量mw；

(3)將灌砂筒裝滿標準砂并稱取重量m1，然后放置在基板上，并打開灌砂筒開關讓標準砂流滿試洞內，稱取灌砂筒內剩余砂的重量m2；

(4)將試洞內剩余砂進行篩分回收并進行下一次實驗。

圖6 現場灌砂法檢測實施

2.3 實驗結果

本次實驗段處于第三層級配碎石，其中振動壓路機碾壓4遍，鋼輪壓路機碾壓2遍以上，每碾壓一遍進行相關實驗，期間壓路機等待或碾壓其他非實驗區域，不同碾壓遍數的壓實度檢測在該點附近取樣進行實驗。

2.3.1 EVD實驗結果

實驗段每碾壓一遍分別在橫向4，8，12 m，縱向每隔10～20 m進行動態變形模量檢測，每一遍共21個檢測點，共采集碾壓5遍數據，其檢測結果如表1所示。

表1 現場EVD檢測結果 MPa

2.3.2 壓實度實驗結果

實驗段每碾壓一遍分別在2，6，11，16，18，20檢測點位置上進行壓實度檢測，每一遍共6個檢測點，共采集碾壓5遍數據，其檢測結果如表2所示。

表2 現場壓實度檢測結果 %

3 壓實度-Evd相關性分析

3.1 實驗數據預處理

在實驗數據預處理過程中，對30個實驗數據點對應的壓實度和Evd進行分析，現場壓實度-Evd實驗數據如圖7所示。

圖7 現場壓實度-Evd實驗數據

在第一、二遍的前期碾壓過程中，表層存在較多大粒徑碎石，其變形模量較大，導致Evd測量結果偏大：在第三、四遍及終壓的后期碾壓過程中，由于級配碎石不斷碾壓緊密，挖孔過程中大粒徑的碎石不易挖出，標準砂灌入過程未能灌滿孔隙，導致壓實度測量偏大。因此在進行相關性分析時，對5，7，11，19，23號檢測點的數據進行剔除，利用其他25組數據進行相關性分析。

3.2 壓實度-Evd相關性分析

為了進一步研究Evd與壓實度K之間的關系，將所測得的25組數據采用線性回歸模型進行相應分析，其擬合結果和相關系數分別為：

圖8 Evd-K相關關系

Evd= -174.2+214.1K，R2=0.773

實驗表明，該實驗段的Evd與壓實度K存在較強的相關關系，利用EVD檢測技術進行壓實度表征是可行的。

4 基于EVD檢測技術的壓實質量評價

在機場路基施工過程中，均勻良好的壓實度和剛度分布是施工質量的評價指標，然而由于機場路基填料自身存在不均勻性，同時壓路機不同位置的碾壓也存在一定的差異性，因此，可以通過EVD檢測技術反映機場路基壓實質量不均勻分布情況，進而對機場路基施工的整體質量進行評價。

4.1 橫向不均勻性評價

機場跑道不同施工寬度方向的Evd分布情況即為橫向不均勻情況，每組橫向分別在4，8，12 m位置進行EVD檢測，其中沿橫向分布的情況如圖9所示。可以看出，不同施工寬度方向上的Evd比較相近，其不均勻性較小。這是由于沿寬度方向的路基填料差異性較小，因此，在機場跑道路基施工中橫向不均勻性較小。

圖9 Evd橫向分布情況

4.2 縱向不均勻性評價

在機場跑道不同施工長度方向的Evd分布情況即為縱向不均勻情況，其中沿縱向分布的情況如圖10所示。EVD檢測沿寬度方向分4，8，12 m三道進行實驗，4 m段Evd分布在33～60 MPa之間，8 m段Evd分布在35～59 MPa之間，12 m段Evd分布在37～52 MPa之間。這是由于沿施工長度方向，不同位置機場路基材料自身存在一定的差異性，因此，在機場跑道路基施工中縱向不均勻性較大。

圖10 Evd縱向分布情況

4.3 不同碾壓遍數下的壓實質量評價

圖11列舉了碾壓第一遍、第三遍、第五遍的實驗段Evd分布情況，整體來看，隨著碾壓遍數的增加，各檢測點位置的Evd隨之增大，但是可能某些薄弱區由于自身填料問題，會出現沉陷情況，導致隨著碾壓遍數的增加，其壓實效果越差，可通過EVD檢測技術及時對潛在薄弱區域采取換填措施。

圖11 不同碾壓遍數分布情況

5 結 論

本文以某通用機場飛行區擴建項目部分機場路基施工為例，對壓實質量進行了相關研究，結論如下：

(1)實驗表明，該實驗段的Evd與壓實度存在相關關系，利用EVD檢測技術進行壓實度表征是可行的；

(2)同一碾壓遍數的不同位置壓實質量存在一定差異，其碾壓質量長度方向比寬度方向不均勻性大；

(3)隨著碾壓遍數的增加，非薄弱區Evd隨之增大，薄弱區Evd越來越小，可利用EVD檢測技術及時對潛在薄弱區域進行識別并采取換填措施，為現場壓實質量快速無損檢測提供一定參考。