公路施工項目路基壓實度的檢測技術研究

邱林

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

路基填筑施工是高速公路建設中的一個重要環節，該環節的施工質量對整個高速公路的穩定性和行車安全都有很大的影響。在路基施工過程中，需對路基填筑的壓實度進行檢測，依靠檢測數據判斷已填筑區間的質量情況，從而準確控制路基強度，以保證路基的施工質量。因此，研究路基壓實度檢測技術，對工程實踐有十分重要的指導意義。

1 影響公路工程路基壓實度的因素

壓實度是指路基填筑材料經過機械壓實后的干密度與其室內標準測試結果最大值之比。如果路基填筑段的實測干密度與標準最大干密度相近，則說明路基的壓實度好，在某種程度上也代表此段公路整體質量好，能更好地承受連續行車荷載造成的變形，且其耐久性、抗水腐蝕性也會更好。經分析大量施工經驗數據，得出：影響路基壓實度的主要因素有含水率、壓實功、填料級配。

1.1 含水率

填料內部的水分含量是衡量路基壓實度是否合格的一個關鍵指標，也是衡量路基土孔隙率和干密度的重要指標。受路基含水量的影響，其各種機械、力學性能也會隨之改變，如土壤含水量會對土壤的滲透性、內摩擦角、壓縮系數等產生一定的影響。

在最佳含水率的工況下，土壤可達到最優壓實效果。如果路基中的水分含量很低，土壤壓實過程中的土壤顆粒會很粗糙，土壤顆粒之間的互相滑動會產生很大的內摩擦力，缺乏水分的潤滑，土壤內部的摩擦力增大，則很難達到路基壓實標準。另外，若是實際含水量超過理想含水量，在土壤壓實階段，土壤中存在的自由水很難排出，便會形成大的孔隙水壓，而顆粒間的空隙增大，會使路基土的干密度減小，最終降低路基整體質量，進而影響行車的穩定性和安全性。

1.2 壓實功

壓實功是指路基填筑階段，壓實機械施加于單位土體的作用力[1]。路基填料由土顆粒、氣體、水分等成分組成，路基壓實的作用是將填料中的氣體、水分擠出，使單位體積內固體的土顆粒成分占比更多。由于施工條件、環境氣候等現場工況易于變化，會導致路基壓實不能滿足設計規范，因此分析得出壓實性能主要受碾壓機械類型、填筑分層厚度、壓實遍數及速率的影響。

1.3 填料級配

試驗模擬表明，填料顆粒級配對路基的壓實度有很大的影響。例如，土體級配情況越好，顆粒的連續性會更優，均勻性會更強，小顆粒更能充分填充大顆粒之間的孔隙，土壤的最大干密度也會進一步提升；而級配相對較差的土壤，由于土壤顆粒級配非連續，且均勻性更差，會導致土壤中的顆粒之間空隙增大，大顆粒之間的孔隙不能被有效充填，使得填料的密實性較差。

2 檢測路基壓實度的方法

2.1 環刀法

2.1.1 環刀法作業原理

試驗方法：在試驗之前，應先測量環刀的質量、體積，并在環刀內壁刷涂凡士林；清潔、整平取土點范圍，將環刀豎直打入被測土壤，然后取下環刀，使土與環刀口平齊，清除外壁剩余土壤并稱取重量；將土壤樣品中的水分烘干（可采用烘干或燒干法），然后重新稱取重量；依據已知的現場檢測所得參數，檢測點的壓實度可以由公式（1）～（3）計算求出。

式（1）中：m1為環刀和濕土的整體重量；m2為環刀質量；υ為環刀體積。

式（2）中：ω為土樣含水量；ρω為土濕密度；ρd為土干密度。

式（3）中：δ為壓實度；ρdmax為最大干密度。

2.1.2 環刀法的優缺點

環刀法檢測技術的優點在于所用設備簡單、易于操作、效率高。其不足之處在于，檢測過程容易對周邊土壤造成破壞，且高度依賴測試者個體的操作水平；采用抽樣方法，如果樣本數量過少，檢測數據則不具有代表性，不能真實反映待檢區域的真實質量情況。

2.1.3 環刀法適用范圍

環刀法主要適用于細粒土填筑路基的壓實質量檢測，而不適用于碎石、礫石類土壤填筑路基的壓實質量檢測。該檢測方法操作簡單，適用于對局部壓實存在缺陷的路段的快速檢測。此外，該檢測方法對含水率指標十分敏感，因此也適用于因水分含量問題而導致的土壤壓實度不足的檢測。

2.2 灌砂法

2.2.1 灌砂法作業原理

灌砂法和環式刀法的檢測操作過程有很多相似之處[2]。在檢測操作環節，先在測試點挖洞取土，試坑開挖完畢后進行測量，主要測量指標值為灌砂質量、體積和試樣土含水量等。完成測量后，計算干密度、濕密度進行，計算方法也與環刀法的基本思路一致，通過計算得出路基的壓實度。

2.2.2 灌砂法優缺點

灌砂法的優勢在于操作過程可控，所獲得的數據精準，且檢測值具有一定的代表性，是一種廣泛用于公路工程路基壓實度測試的方法。

缺點包括：量砂的干濕性、量砂稱重等因素均會對最后的測定結果帶來不利影響；操作過程需要大量的砂子，且需進行多次測量，檢測效率很低；如果擊實操作不規范，則會影響壓實度計算基準值最大干密度的取值，會導致實測壓實度不具有代表性。

2.2.3 灌砂法適用范圍

灌砂法也是一種常見的壓實質量檢測手段，適合于路面基層或粗砂墊層、礫質土壤檢測，但不適用大孔隙率、土石混填、石方段路基檢測。

2.3 核子密度儀法

2.3.1 核子密度儀作業原理

核子密度儀法是一種高效的測定壓實度和含水率的檢測技術。使用核子密度儀檢測之前，要在被檢測場區的測點處鉆一個小孔，將核子放入孔內，核子會在孔內發出輻射射線，然后擴散到待檢點周邊區域。核子密度儀可以接收到核子輻射后返回的射線，從而準確地測量出材料的密度。

2.3.2 核子密度儀法優缺點

核子密度儀法的優勢包括：所需的檢測人員較少，檢測效率高；不會對填筑路基造成嚴重的破壞；可以直觀地顯示檢測結果。其不足之處主要包括：操作過程會產生一定程度的輻射，會對環境、人體健康，造成不利影響；核子密度儀的關鍵部件輻射源在使用一段時間后會出現衰減現象，因此進行檢測之前必須校準儀器，并進行嚴謹的標定和校準，且標定和校準的操作過程較為復雜；核子密度儀采購成本高，檢測費用較高。

2.3.3 核子密度儀法適用范圍

核子密度儀法適用于各類路基、路面填筑層的含水量、密度的測定；測量操作過程簡單，可以直接從屏幕上讀出測量結果；能快速對大范圍路基填筑施工的壓實質量進行精準評價，進而有效指導、優化現場施工作業。

2.4 瑞雷波法

瑞雷波檢測技術主要利用層狀填料瑞雷波波速頻散特征，介質密度與瑞雷波的傳播速率的相關性。在檢測環節，可根據實測的頻散曲線進行分層，并利用已知的瑞雷波速和密度的特定關系，精確地計算出每一層的壓實度[3]。

相較于傳統的反射波和折射波法，瑞雷波法的優勢在于不受下層波速差異的影響。在波阻抗差別比較小的地質體界面，反射波和折射波方法難以區分，而瑞雷波檢測技術則不存在此類問題。

3 常見路基壓實度檢測方法的區別

為確保路基工程質量，在施工過程中通常會根據不同工況，選擇性地采用環刀法、灌砂法、核子密度儀法等方法來測定和評價路基的壓實度[4]。這三種檢測方法的主要區別如下：

第一，試驗時間。灌砂法的試驗操作方式與環刀法相似，但增加了注砂和取砂工序，因此作業時間更長，一次測試大約需要30min；核子密度儀可以通過屏幕直接讀取數據，在熟練操作下，可以迅速測試壓實度，每次測試僅需約5min，是這三種檢測手段中檢測用時最短的。

第二，檢測成本價。與環刀法相比，灌砂法使用的量砂更多，且使用的工具也更多，因此試驗費用要比環刀法高；核子密度儀法所用的儀器費用比較高，一臺檢測儀達10 萬元左右，其試驗費用在這三種方法中最高。

第三，適用的檢測范圍。環刀法只適用于一、二類顆粒小的黏性土壤；灌砂法不但適用于黏性土壤，還適用于含礫類、碎石類的土壤；而核子密度儀檢測技術的檢測結果受級配、粒度、均勻性等因素的影響很小，因此該檢測技術可以適用于多類土壤，但不適合高含水率的土壤。

第四，壓實度影響因素的相關性。環刀法、灌砂法都對含水率指標十分敏感，在因水分含量問題而導致的土壤壓實度不足的檢測方面比較精準；核子密度儀是利用反射元素來測量材料的密度，所以對壓實功、粒徑級配造成的壓實度不足的檢測更為準確。

4 提升路基壓實度試驗檢測質量的建議

4.1 嚴謹路基壓實度的各項數據采集

路基壓實質量檢測中的數據采集和分析是非常關鍵的步驟。

第一，在進行路基壓實度數據采集之前，檢測人員必須按照規范要求認真填寫資料，掌握具體的路基情況，并綜合分析采集到的各類數據，合理優化路基壓實度檢測的具體工作方案。

第二，在壓實質量檢測過程中，檢測人員要不斷優化方法并總結經驗，以提升自己的工作水平。例如，對路基壓實度測試數據采集方法、軟件操作要求、各類信息技術等要點進行歸納。

第三，根據采集數據的分析結果，進行相應的評估，以綜合評定所采用的壓實檢測手段的可行性。

4.2 規范路基壓實度檢測操作

路基壓實質量檢測對檢測規程、人員的操作能力都有很高的要求。

第一，檢測人員既要掌握特殊路基段壓實度的設計指標，檢測過程要嚴格按規范進行，以保證檢測工作順利開展，并能準確地反映出路基的壓實度情況。

第二，在公路工程路基的壓實度檢測環節，檢測人員應依據工況采用最適宜的檢測方法，同時要在檢測試驗過程中對檢測數據進行跟蹤、監督，確保檢測工作達到標準[5]。

第三，路基填筑常采用分層壓實方案。檢測壓實質量之前，必須先確定試驗層的厚度。試驗坑開挖必須沿著整平的基面垂直向下，以確保取樣土體側壁平直，以免測量密度的檢測數據偏大或偏小。

第四，要嚴格控制試坑開挖深度，不能過淺或過深。若開挖深度過淺，會影響試樣密度的真實性；如果開挖深度太深，則會造成測試層以下的土料混入其中，導致檢測的數據不是測試層土體的密度。

4.3 保證路基標準擊實的精準度

為了確保路基的壓實質量達到最佳狀態，必須根據現場實際進行室內試驗，做好規范的擊實控制，以確定路基的最佳含水率和最大干密度[6]。

第一，使用標準化的擊實裝置。若擊實裝置不符合標準，會影響試驗結果的準確性，進而影響對路基最佳含水率和最大干密度的確定。

第二，需在待檢場區選擇代表性的土壤試樣。為確保試驗結果的準確性，需要在待檢場區選擇代表性的土壤試樣進行室內擊實試驗，若試樣出現變化，應再次進行采樣，以保證測試結果的準確性。

第三，根據室內擊實試驗結果，獲得最大干密度值，將之作為準確計算路基壓實度的基準值。經路基壓實度檢測，并完成相應的評估后，可以掌握路基的壓實情況，進而決定是否要繼續優化路基施工操作方案。

第四，應嚴格按質量指標要求，控制路基壓實度，例如高速公路、一級公路路基的壓實度，輕、中及重交通荷載等級路床0～80cm 區間的壓實度，應達到96%以上；上路堤80～150cm 填筑區間的壓實度，應達到94%以上；低于150cm 以下路堤填筑區間的壓實度，應達到93%以上。

4.4 確保施工現場檢測數據的準確性

進行現場壓實質量檢測之前，要編制構建路基情況調查表，為采集試驗數據提供多角度參考。施工過程中要做好壓實度檢測工作，以完成路基壓實情況的檢測和質量評定。

根據公路路基的實際情況，對現場實測壓實度資料進行統計分析，以驗證檢測數據的可靠性。

5 結語

綜上所述，路基壓實度檢測是控制公路工程整體施工質量的重要環節，因而需要合理開展路基壓實度檢測工作，發現問題及時處理，以免質量失控，引發病害。由于不同的壓實度檢測方法的原理不同，適用情況也不同，因此必須分析影響路基填筑土體壓實的各類因素，采取最適宜的檢測手段，消除測量過程中的不良效應，從而保證壓實度檢測值的真實性。