大厚度路基压实检测方法研究

大厚度路基压实检测方法研究

任镜达 ,周英勇 ,李立红

龙建路桥股份有限公司

摘要：随着大型压实设备的推广使用，路基大厚度填筑施工已基本成熟，但是由于路基大厚度填筑的压实检测方法没有明确，使路基大厚度填筑施工有时不被建设方和监理方认可，路基大厚度填筑压实检测主要有以下难点。大厚度填筑按常规的方法进行压实度检测，没有合适的仪器设备，会大大增加检测工作的时间和难度，如采用灌砂法进行压实度检测，由于厚度较大，需挖很大很深的试坑并进行灌砂费时费力，在施工中难以推广使用，而且，即使检测了全厚度范围的平均密实度合格，但是由于厚度压实厚度较大，压实度随垂直深度变化而变，无法保证各层次的压实度均合格。对于粗粒土以上的大粒径填筑和碎石土、山皮石等材料，若按常规方法进行压实度检测更加困难，因此我们课题组在以上的成果基础上，总结国内相关的研究成果和现行的检测手段，做了以下研究并取得了较好的成果。

关键词：大厚度路基；压实检测方法

一、黏性土与砂性土等细粒土的压实度检测方法研究

这种材料的强度构成主要取决于土的粘聚力，最适用于灌砂法进行压实度检测，这种材料的压实度随深度增大而呈递减规律，且是非线性的，但是在我们以上的研究工作中得出，当该材料大厚度填筑施工的压实设备、工艺、压实遍数保持不变时，路基各层次的压实度变化系数接近于常数，因此我们通过以下研究方法来确定，采用表层灌砂法通过系数计算进行大厚度路基压实度检测的准确性和适用性。

1.1路基150cm以下大厚度压实度检测研究

黏土路基按照150cm以下的路基压实规范要求进行研究，选取200m试验段，填筑压实厚度控制在45~50cm，采用26t的振动式压实设备组合进行压实，当碾压两遍后测各项次的压实度检测结果如下。

表1.1  （灰土、黏土）150cm以下各层次压实度变化关系（26t压实设备组合）

从以上压实度检测记录可以看出，当压实遍数达到五遍时，各层次的压实度均满足规范要求，最底层平均密实度92.6%，满足规范要求，且三组试坑的压实度变化规律相似，因此我们采用碾压五遍的压实度各层次的参数进行压实度检测，施工验证确定该方法的可行性和正确率。

在路基大厚度填筑施工中，采用26吨振动式压路机设备组合规范碾压五遍后的参数进行压实度检测，先检测表层密实度，然后通过层次间压实度的系数计算各层次的压实度，然后用灌砂法进行验证，检测结果如下，第5遍各层次压实度变化系数。

  表1.2  第五遍各层次压实度变化系数

表1.3  各层次压实度计算值与实测值对照表

从以上结果可以看出我们试验检测的15 -30cm以及30~45cm的压实度，已通过试验段检测的压实度变化系数计算得到的理论压实度十分接近，误差极小，而且规律性很强，表面压实度的变化完全可以体现压实厚度内的压实度变化，误差均值正负分别计算，将负值作为修正值，可以通过检测路基表面压实度作为路基压实度是否合格的依据，从而确定表面密实度检测法可以作为路基大厚度填筑施工的压实度检测方法。

二、路基0~150cm填筑范围内的大厚度填筑压实度检测研究

对于0~150cm填筑范围内的路基，为了保证路基的压实度，我们按94%进行试验研究并施工验证。我们将含水量控制在接近于最佳含水量，采用26吨振动式压实设备组合按150cm以下时间段的施工方式进行试验，检测的压实度结果如下表。

表2.1灰土、黏土0-150cm层次压实度变化关系（26t压实设备组合）

从以上检测结果可以看出压到第6遍时，不论是粘土路基或是掺灰土路基，路基的最底层压实度均达到94%以上，平均压实度满足规范要求。首先计算上面第6层结果中的压实度变化系数。

表2.2第六遍各层次压实度变化系数

从以上的研究成果中可知，碾压6遍后，各层次的压实度变化系数已基本稳定，接近于常数，变化不大，可以都通过表层的压实度来确定各层的压实度，从而得出合格压实度内的压实路基压实度。

我们在施工中进行检测方法的验证，我们选择路基0~150cm各层次的路基大厚度填入施工中，将施工含水量控制在最佳含水量左右，采用26吨振动式压路机压实设备组合，采用统一的压实工艺碾压6遍，用灌砂法检测路基表层压实度，用系数计算中层和底层压实度，用灌砂法进行验证，确定表层检测法的准确性，检测数据如下。

表2.3各层次压实度计算值与检测值对照表

从以上的检测记录与数据计算得到压实度结果，对比表中的结果基本上相对稳定，误差也基本上在正负0.3%以内，误差均值正负分别计算，将负值作为修正值，因此我们完全可以采用表层灌砂法来进行路基全厚度范围内的压实度控制。

三、中粗砂及砂砾路基的检测方法研究

在目前的公路工程施工中，有很多路基采用中粗沙或砂砾进行填筑。在这类工程中大型振动式压路机的应用更为广泛，而且填筑厚度也更大，而全厚度检测也更加困难，从以上研究可以看出中粗沙或砂砾路基的各层次间压实度之间的系数也比较有规律，因此我们在施工中将以验证研究情况如下。

选取200m长砂砾填筑试验段，压实厚度控制在60~65cm，含水量控制在最佳含水量左右，采用36吨振动式压路机压实设备，碾压检测各层次密实度，更底层次压实度满足规范要求，各层次间的压实度系数相对稳定后，计算各层次压实度之间的变化系数作为施工检测验证的依据。

表3.1砂砾、中粗砂各层次的压实度检测表

通过以上的检测记录，可以看出碾压5遍以后压实度接近于稳定的值，第6遍与第5遍压实度变化不大，计算第5遍与第6遍的压实度系数关系如下。

表3.2计算第5遍与第6遍的压实度系数关系

从以上结果可以看出，碾压6遍后路基的压实度达到最佳，各层次压实度最为接近，我们以此压实度变化系数进行路基压实检测方法验证，我们在其填筑路基施工中，压实厚度控制在60~65cm，采用36吨振动式压实设备组合，按试验段测得的压实工艺和压实方式施工碾压6遍左右，用灌砂法检测填筑砂砾表层压实度后，通过压实度层间系数计算出中层与底层的压实度，然后再用灌砂法检测，中层、底层压实度以计算得到的压实度对比，确定方法的准确性。

表3.3各层次的压实度实测值与计算值对照表

从以上结果可以看出通过各层次间的压实度变化系数计算得到的压实度与实测压实度十分接近，误差很小，而大部分原因可能是本人操作原因造成的误差。误差均值正负分别计算，将负值作为修正值，因此我们完全可以通过表面压实度灌砂法来测定表层压实度，从而确定全厚度内的压实度。

而且，从上研究可以得出不论材料设备和工艺如何变化，层次间的压实度系数如何变化，但是当材料设备工艺参数选定以后，各层之间的压实度系数亦接近于常数，因此我们在施工中可以通过试验确定各层次间的压实系数，通过施工检测验证来确定计算与实测值的偏差，计算出修正值，即可通过表层压实度检测法来进行密实度的检测。

关系式为：ρ=（ρ1+ρ2+ρ3）/3+k。

环刀法和灌水法也可参照使用，需验证环刀法与灌砂法之间的偏差值。

四、碎（砾）石土以上粒径的粗粒土压实检测方法

这种材料的强度构成主要取决于颗粒的内摩擦角，从实践和理论上讲，由于这种材料的特点是级配离散性大，进而导致材料试验结果的可靠性也差。目前碎、砾石土不论是采用灌砂、环刀等各种方法进行压实度检测，基本没有可行性。

通过理论研究与试验路探索，课题组认为可采用如下几种试验检测方法：

(1)沉降观测法

理论与实践证明，一定的压路机和工艺方法进行一定厚度的某种材料的路基碾压，随着碾压遍数的增加，其密实度和沉降量也将不断增大，但速率却逐步由大趋缓。因此当碾压遍数达到一定数值后，若继续增加碾压遍数，路基密实度和沉降量很难再有进一步的增加和提升，这时的压实效率将会明显下降，已经很不经济了，通常施工中，从压实效率和经济的角度考虑，最大的作业碾压遍数也就是6遍左右，最多也不宜超过8遍。对于一定要求的压实度标准下，只要松铺厚度科学合理，则可通过运用水准测量的方法，监测路基压实过程中的沉降变化，并以相邻两次碾压的路基沉降差不超过1-3mm（通常以不超过3mm为限），作为路基填层压实合格的判定标准，或者根据试验路的铺筑和测试来具体确定适宜的沉降差标准。

(2)相对密度法

对于无粘性的砂土和碎砾石土，可考虑采用相对密度的方法进行路基填层压实的监测方法和标准。

相对密度是指无粘性土处于最松散状态孔隙比与给定状态孔隙比之差和最松散状态孔隙比与最紧密状态孔隙比之差的比值。相对比度可以理解为以理解为已压缩体积占给定条件下总的可压缩体积的百分比。其变化范围在0～1之间，值也大越密实。

                            （6.1）

一般认为，Dr≤1/3时属于疏松状态，1/3≤Dr≤2/3时属于中密状态，Dr≥2/3时属于密实状态。路基工程填筑压实施工，可按Dr＞0.70～0.75的标准进行压实质量控制。

为了便于检测，相对密度也可用下式表示：

                         （6.2）

式中：——现场路基压实后的实测干密度；

——用标准试验方法测得的最大、最小干密度。

采用碎石土材料按松铺厚度80、90、100cm进行路基填筑，三一SSR360C-6超大吨位振动压路机进行压实作业，应用灌水法进行现场密实度检测。为了更加贴近现场的振动压实工艺，我们室内试验采用黑龙江工程学院实验室的数显表面振动压实仪（见图6.1），依据《公路土工试验规程》JTG E40-2007的T0133标准方法进行了最大干密度和最小干密度试验，测得、。现场检测以及压实度和相对密度计算结果见表6.10。

表3试验路碎石土路基压实检测

图4碎石土进行室内表面振动压实仪法试验

(3)落锤弯沉法

碎石土和填石路基施工，由于土石比例以及粒径大小具有很大的变异性，因此压实度检测没有实际意义，不仅工作量巨大、耗费时间长，而且测试结果离散度高，很难把控。因此课题组力图尝试并利用黑龙江工程学院土木与建筑工程学院所拥有的手持式落锤弯沉仪进行路基强度以及压实程度评价的检测依据和方法。

手持式落锤弯沉仪在快速控制路基路面各结构层或压实层质量方面非常出色，利用传感器采集的数据在现场就可以分析并且马上获得相关的数据。且具有体积小、使用便捷、检测快速、无损等许多优点，是未来路基路面强度和压实评价的基本方向。

手持式落锤式弯沉仪的工作原理为，利用一定高度和一定重量的落锤的自由下落，并通过刚性承载板的标准传递作用，对路基顶面产生一定的冲击和动力加载，进而根据承载板底面产生的冲击荷载σ，通过传感器实测土基的沉陷值 S，按下式即可计算出土基的动态变形模量：

                            （6.3）

式中: ——动态变形模量，MPa；

r——承载板半径，mm；

——荷载板下的动应力，MPa；

S——荷载板的沉陷值，mm。

课题组经过调查和研究认为，实际路基施工中，可使用水准测量的方法检测路基压实过程中相邻两边碾压的沉降差来控制压实质量。因此，是否可以通过试验段建立水准测量的沉降差Δh与落锤式弯沉仪测出的动态变形模量Evd之间建立关联，并根据路基施工压实对沉降差的要求，进而提出满足路基压实要求的E vd标准。

试验段数据采集的要求是，每遍压实后，先对每个布置的测点（10m一个断面，每个断面设置左、中、右3个观测点）进行水准测量，以确定每一点相邻两遍碾压的沉降差；然后再用手持式落锤弯沉仪测试该点的动态变形模量。

表5试验路沉降差和E vd观测值汇总

根据表6.11数据拟合为指数函数的回归公式为：

（R2=0.9309）              （6.4）

图6路基EVd与关系的拟合曲线

为根据上述回归公式计算出的不同沉降差对应的Evd计算值以及提出的Evd控制标准值，可作为该土基压实检测的依据。例如，当沉降差Δh= 3mm时， Evd的控制标准为42MPa。

表7不同沉降差要求下动态变形模量的控制标准

落锤弯沉检测方法的优点是：快速、无损、使用简便，可获得高密度的实测数据，因而可提高压实检测的整体性和可靠性评价。但需要通过铺设路基施工试验段，利用回归方法来建立路基沉降差与动态变形模量之间的函数关系。

课题组研究认为，对于路基填筑材料特别是粗巨颗粒土的压实检测，可以考虑从变形和强度两大要素进行实践探索和实证。变形主要从不同碾压遍数的高程变化以及压路机的轮迹变化来进行检测和认定；强度可考虑采用落锤式弯沉仪进行检测和认定。这两者之间具有很好的相关性。

实际上，我国路基路面设计有关规范也是从路基永久变形（竖向压应变ε）和动态土基回弹模量（E0）的要求来进行路基设计的。因此，建立强度评定标准应该是一种可行的考虑和方法。

五、本章小结

6.4.1大厚度路基填筑时，党采用细粒土、中粗砂和砂砾进行大厚度路基填筑时，可采用灌砂法检测顶部表层压实度的方法进行压实度检测，通过试验段确定各层次间压实度系数。

6.4.2通过施工检测确定系数，计算值与实测值的修正值为：ρ=（ρ1+ρ2+ρ3）/3+k。

6.4.3碎石土等不能用灌砂法检测的，一般可以采用观测沉降量和弯沉值来检测压实度。也可采用灌水法检测，但是由于灌水法操作复杂耗时，建议灌水法一般在进行校核验证该路段的压实度时采用。除了上述两种方法外，也可以采用落锤弯沉仪检测弯沉值的方法检测。通过回归公式计算出的不同沉降差对应的Evd计算值以及提出的Evd控制标准值，可作为该土基压实检测的依据。