龍曙東，龍劭一

(湖南省婁新高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司，湖南婁底 417000)

近年來(lái)我省高速公路網(wǎng)絡(luò)日趨完善，但隨著未來(lái)我省經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，數(shù)年后我省高速公路通行能力無(wú)法滿足當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，繼續(xù)加緊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進(jìn)一步高速公路分布密度勢(shì)在必行。與重新修建一條高速公路相比，高速公路加寬改建工程具有減少用地，節(jié)約投資的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)高速公路加寬改建工程中也帶來(lái)了很多技術(shù)上的難題，其中新老路基結(jié)合部發(fā)生縱向裂縫就是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在:新老路基填土的類型、物理性質(zhì)以及剛度，強(qiáng)度和壓實(shí)性能的差異，這些均能引起新老路基不均勻沉降，給路基和路面造成嚴(yán)重的病害。

婁新高速公路起點(diǎn)k0+900～k9+500為利用潭邵高速公路婁底連接線(按高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè))擴(kuò)建段，是我省第一條真正意義上高速公路改擴(kuò)建工程。改擴(kuò)建段歷經(jīng)農(nóng)田，水庫(kù)沿線水系較為發(fā)達(dá)。新建高速公路需將連接線右幅整體加寬最大達(dá)25.2 m，最小為1.3 m，需完成填方 822 158萬(wàn) m3，高填方有11處，其中高填方最長(zhǎng)達(dá)1.593 km。該段施工難度大，工期緊，加寬部分施工質(zhì)量難以保證，現(xiàn)階段新老路基結(jié)合部路基填筑強(qiáng)度問(wèn)題尤為突出，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在施工過(guò)程中只有通過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)和控制壓實(shí)度的統(tǒng)一性和均勻性，才是排除問(wèn)題的最優(yōu)解法。

1 壓實(shí)度快速檢測(cè)方法介紹

傳統(tǒng)的路基強(qiáng)度檢測(cè)方法儀器重量較重，試驗(yàn)起來(lái)比較繁鎖，儀器在使用一段時(shí)間后需要重新標(biāo)定，檢測(cè)時(shí)由于引起的震動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定的影響。本文引入國(guó)外先進(jìn)路基土性能快速檢測(cè)技術(shù)，加快路基檢測(cè)速度，提高工作效率。通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)檢驗(yàn)理論來(lái)判定拼接處的強(qiáng)度，剛度和壓實(shí)性能的統(tǒng)一性和均勻性。

1.1 PFWD的原理和分析方法

PFWD又稱手持式落錘彎沉儀(Handhold FWD)或微型落錘彎沉儀(Mini FWD)，是一種基礎(chǔ)填筑表面(包括路基、地基和場(chǎng)地等)動(dòng)力承載能力試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，是繼常規(guī)拖車式落錘彎沉儀(FWD)后的又一種新的動(dòng)力模量快速無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，可用來(lái)快速檢測(cè)路基模量值。圖1為丹麥Carl BroPRIMA100型PFWD的構(gòu)造及工作原理示意圖。

PFWD由加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。其中，加載系統(tǒng)由落錘、滑桿、鎖定桿和橡膠墊塊等機(jī)械裝置組成;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由壓力傳感器、位移傳感器和采集裝置等組成;數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、有線數(shù)據(jù)傳輸裝置、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置和數(shù)據(jù)處理軟件等組成。其基本原理為:將一個(gè)10 kg的落錘提升至一固定高度，然后釋放，讓其自由下落，落錘沖擊承載板產(chǎn)生沖擊荷載，在沖擊荷載作用下，承載板產(chǎn)生豎向位移，壓力傳感器和位移傳感器將荷載和位移記錄下來(lái)，從而根據(jù)壓力和位移的峰值由式(1)確定路基回彈模量。

式中:p為實(shí)測(cè)的承載板所受壓力，kPa;a為承載板半徑，現(xiàn)場(chǎng)通常采用半徑為15 cm的承載板，室內(nèi)一般采用半徑為5 cm的承載板;μ為泊松系數(shù)，取μ=0.35;l為實(shí)測(cè)的承載板中心彎沉，μm;Ep為路基回彈模量，MPa。

圖1 PFWD構(gòu)造及工作原理示意圖

1.2 DCP的原理和分析方法

DCP由英國(guó)TRL(交通研究實(shí)驗(yàn)室)開(kāi)發(fā)，總重為20 kg，主要包括落高為575 mm的8 kg落錘、貫入桿、標(biāo)尺、與貫入桿端部連接的直徑為20 mm的圓錐錐尖，其中錐尖的錐角為60°，DCP的構(gòu)造及工作原理如圖2所示。

DCP可在850 mm的深度范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，若采用延長(zhǎng)桿，最大深度可達(dá)2 m。一般情況下，DCP測(cè)試一個(gè)測(cè)點(diǎn)只需1～3 min。因此，DCP適用于快速檢測(cè)土基內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性能。為此，通常采用下式定義的貫入度反映測(cè)試結(jié)果:

式中:DN為貫入度，mm·錘－1;Δy為從第1錘至最后1錘的總貫入深度，mm;n為錘擊次數(shù)。

其中貫入度DN可以通過(guò)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)公式反算CBR以及壓實(shí)度，推薦公式如下:

DN、CBR和 K分別為貫入度(mm·錘－1)，加州承載比，%，以及壓實(shí)度，%，其中式(3)寫(xiě)入AASHTO規(guī)范，具有普遍規(guī)律性，而式(4)為婁新高速路基標(biāo)定的回歸公式。

圖2 DCP構(gòu)造及工作原理圖(單位:mm)

2 新老路基結(jié)合部壓實(shí)度快速檢測(cè)

2.1 土的物理性質(zhì)分析

選取現(xiàn)場(chǎng)新老路基的填土土樣，進(jìn)行了相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)，相應(yīng)的物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 土的物理性質(zhì)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)選定了婁新高速路基k3+410～k3+510段1新老路基拼接處作為試驗(yàn)段，為了進(jìn)行不同測(cè)試方法的對(duì)比，在試驗(yàn)路段上每5 m選取一個(gè)樁號(hào)，依次在該樁號(hào)平行位置的新老路基各選擇一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上依次進(jìn)行PFWD動(dòng)模量、DCP貫入度檢測(cè)。其中，DCP貫入深度取20～30 cm。儀器采集數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3、圖4。

其中DCP貫入度，采用經(jīng)驗(yàn)公式(3)和(4)，反算出現(xiàn)場(chǎng)CBR承載比和壓實(shí)度。數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖3 動(dòng)模量檢測(cè)

圖4 DCP貫入檢測(cè)

從現(xiàn)場(chǎng)CBR承載比和壓實(shí)度表可以看出，反算的各測(cè)點(diǎn)承載能力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的高速公路路基路堤填料最小強(qiáng)度要求的規(guī)定值4%。而由于壓實(shí)度的取值因缺乏現(xiàn)場(chǎng)灌砂與DCP貫入的標(biāo)定公式，使用回歸的式(4)進(jìn)行反算，供本路段新老路基壓實(shí)性能對(duì)比參考。

表2 CBR與壓實(shí)度反算值

3 數(shù)據(jù)分析

上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不能直觀地判別新老路基的動(dòng)態(tài)模量，CBR值，以及壓實(shí)度是否均勻，統(tǒng)一。可通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的假設(shè)檢驗(yàn)理論來(lái)進(jìn)行判定，判斷新老路基拼接處的各項(xiàng)指標(biāo)是否均勻，統(tǒng)一，如果差異顯著，那么要找到新老路基各項(xiàng)指標(biāo)總體上哪個(gè)大哪個(gè)小，以便對(duì)指標(biāo)小的進(jìn)行加固和處理，達(dá)到新老路基總體均勻，統(tǒng)一。

具體方法:將新老路基的某項(xiàng)指標(biāo)定為一隨機(jī)變量，例如，定該路段老路的動(dòng)態(tài)模量這一指標(biāo)為隨機(jī)變量X1，新路的動(dòng)態(tài)模量為隨機(jī)變量X2。那么這兩個(gè)隨機(jī)變量樁號(hào)對(duì)樁號(hào)動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)相減值X1－X2定義為另一隨機(jī)變量X，X的均值即期望為μ。運(yùn)用大子樣檢驗(yàn)?zāi)阁w平均數(shù)——μ檢驗(yàn)。通過(guò)提出假設(shè)H0:μ=0。如果假設(shè)成立，則說(shuō)明新路基與老路基整體上的動(dòng)態(tài)模量比較統(tǒng)一，均勻。如果假設(shè)不成立，說(shuō)明新路基與老路基在此單項(xiàng)指標(biāo)上存在顯著差異，再進(jìn)行單側(cè)假設(shè)檢驗(yàn)，提出假設(shè)H0:μ≥0。如果假設(shè)成立，則說(shuō)明此路段1的老路基的動(dòng)態(tài)模量總體上均大于新路基的動(dòng)態(tài)模量。其中顯著水平α，取0.05，根據(jù)此理論，通過(guò)MATLAB程序調(diào)用庫(kù)函數(shù)ttest命令，將路段1和路段2的新老路基拼接的動(dòng)態(tài)模量，CBR承載比，以及壓實(shí)度三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行上述分析，MATLAB運(yùn)算結(jié)果中，如果得出的h=1，表示拒絕假設(shè)，而h=0則接受原假設(shè)，得出結(jié)果如表3。

表3 路段1新老路基三項(xiàng)指標(biāo)假設(shè)分析結(jié)果

從上述結(jié)果可以看出，該路段的新老路基拼接處的各項(xiàng)指標(biāo)分布統(tǒng)一，比較均勻，情況較理想。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依托婁新高速公路擴(kuò)建工程，通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和測(cè)試，探討了新型路基質(zhì)量快速檢測(cè)設(shè)備——便攜式落錘彎沉儀(PFWD)，動(dòng)力錐貫入儀(DCP)在高速公路路基拼接中的應(yīng)用。研究結(jié)果對(duì)路基拼接部位的剛度，承載能力和壓實(shí)質(zhì)量快速判斷有良好的指導(dǎo)意義，其中所采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中假設(shè)檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析方法與思路可為我省高速公路路基拼接工程提供有益的參考。

［1］徐 平，王復(fù)明，陳忠平.PFWD在立即強(qiáng)度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.路基工程，2008(5):52－54.

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［3］韓 利.瞬態(tài)瑞雷波法快速檢測(cè)評(píng)價(jià)高速公路路基壓實(shí)質(zhì)量［J］.公路工程，2007，32(6):134 －136.

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