劉金修， 童申家， 王　乾

(西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 陜西 西安　710055)

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基于最小二乘法的路基壓實(shí)度檢測方法相關(guān)性研究

劉金修， 童申家， 王乾

(西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 陜西 西安710055)

[摘要]壓實(shí)度作為評價道路路基施工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其檢測方法是影響該指標(biāo)的重要因素，采用4種不同壓實(shí)度檢測方法對試驗(yàn)路段路基進(jìn)行平行檢測，以灌砂法作為標(biāo)準(zhǔn)測定方法，按最小二乘法對檢測結(jié)果進(jìn)行回歸，建立相關(guān)函數(shù)，分析其相關(guān)性和差異性，通過分析得出：核子密度儀法檢測結(jié)果相關(guān)系數(shù)大于0.9，可以作為工程質(zhì)量評定與驗(yàn)收依據(jù)；灌砂法與核子密度儀法配合使用，既可以提高檢測的效率，又能夠?qū)z測結(jié)果隨時進(jìn)行比較，提高檢測質(zhì)量與精度，為路基壓實(shí)度快速測定提供參考。

[關(guān)鍵詞]壓實(shí)度； 道路路基； 檢測方法； 相關(guān)性

1概述

在道路工程施工中，路基壓實(shí)是至關(guān)重要的一道工序，壓實(shí)度不僅是判定工程質(zhì)量優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，也是保證道路有足夠強(qiáng)度和耐久性的關(guān)鍵因素[1，2]。目前，國內(nèi)外測定路基壓實(shí)度的方法有很多，如：環(huán)刀法、灌砂法、核子密度儀法以及落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測定儀法(LY—I儀)等[3-7]。針對其不同檢測方法的研究成果主要有：趙桂娟、馮瑞等[8-11]做了不同壓實(shí)度檢測方法之間的對比分析，表明無核面密度儀法測定結(jié)果與灌砂法相關(guān)性較差，結(jié)果存在偏差；雖然灌砂法是測定壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)方法，但因操作步驟繁多，使其工作效率偏低，在檢測數(shù)量較多而時間有限的情況下，不能很好的完成檢測任務(wù)。因此，本文基于提高路基壓實(shí)度檢測質(zhì)量與效率，以渭河戶縣段堤頂面道路工程為依托，系統(tǒng)研究不同壓實(shí)度檢測方法與灌砂法在現(xiàn)場施工質(zhì)量控制中的相關(guān)性和適用性，提出了既能保證壓實(shí)度檢測質(zhì)量又能提高檢測效率的檢測方法，為路基壓實(shí)度現(xiàn)場快速檢測提供參考。同時，進(jìn)一步驗(yàn)證核子密度儀法檢測結(jié)果可以作為工程質(zhì)量評定與驗(yàn)收依據(jù)的合理性與正確性。

2路基壓實(shí)度現(xiàn)場檢測方法

目前工程中測定路基現(xiàn)場碾壓后的壓實(shí)度主要有灌砂法、環(huán)刀法、核子密度儀法以及落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測定儀法(LY—I儀)等，現(xiàn)選取某工程試驗(yàn)路段K0+060至K0+340段采用不同壓實(shí)度檢測方法進(jìn)行現(xiàn)場壓實(shí)度檢測，現(xiàn)將各方法的檢測結(jié)果和適用性敘述如下：

2.1灌砂法

灌砂法是當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)場檢測路基壓實(shí)度最常用的方法，其主要適用于現(xiàn)場測定基層或底基層的砂石路面及路基土的各種材料壓實(shí)層的檢測，但對于有填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料壓實(shí)層的壓實(shí)度檢測不適用。由于其現(xiàn)場操作的可控性、檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性而得到各方的認(rèn)可，被廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程中。本試驗(yàn)路段(原狀土)采用灌砂法檢測結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)段路基壓實(shí)度檢測結(jié)果(灌砂法)Table1 Testsectionsubgradecompactiondetectionresults(sandreplacementmethod)測點(diǎn)樁號/m灌砂前筒+砂重/(m1·g-1)灌砂后筒+砂重/m3·g-1)灌入試坑砂重/(m4·g-1)錐體內(nèi)砂重/(m2·g-1)試坑體積/cm3試樣重(mw·g-1)濕密度ρw/(g·cm-3)含水量ω/%干密度ρd/(g·cm-3)壓實(shí)度K/%K0+060900036914493816310160981.9712.11.7596.4K0+080900035734611816318263982.0111.71.8098.9K0+100900038554329816298858791.9712.61.7596.0K0+120900033384846816334462861.8811.11.6993.0K0+140900034424742816327363811.9512.61.7395.1K0+160900037664418816304959851.9611.91.7596.4K0+180900034424742816327362041.9012.11.6992.9K0+200900041034081816281656192.0011.41.7998.4K0+220900037314453816307358551.9110.71.7294.6K0+240900035764608816318061721.9411.91.7395.3K0+260900037924392816303158211.9211.51.7294.6K0+280900040864098816282856832.0112.21.7998.4K0+300900038814303816297057181.9311.81.7294.6K0+320900036164568816315361761.9611.61.7696.5K0+340900040364148816286356891.9911.11.7998.3

2.2核子密度儀法

核子密度儀法是利用放射性元素來測定路基或者路面材料的密度和含水量。由于其需要不定時進(jìn)行標(biāo)定且放射性元素對人體有害，在我國以往的公路工程中核子密度儀法僅作為施工質(zhì)量控制參考依據(jù)使用，而不能作為工程驗(yàn)收評定或者質(zhì)量仲裁的依據(jù)。但在新的《公路路基現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60-2008)[12]中把核子密度儀法在公路工程中測定的壓實(shí)度結(jié)果作為質(zhì)量評定依據(jù)，加之該方法具有操作高效、便捷的特點(diǎn)，現(xiàn)在逐漸廣泛用于施工現(xiàn)場壓實(shí)度的施工控制和快速評定。本試驗(yàn)路段(原狀土)采用核子密度儀法檢測結(jié)果見表2。

2.3環(huán)刀法

環(huán)刀法主要適用于測定細(xì)粒土及無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土樣的密度和含水率，但對碾壓完成齡期不超過2 d的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土宜用于施工過程中的檢驗(yàn)，其在現(xiàn)場測定壓實(shí)度時應(yīng)使所得密度能夠代表整個碾壓層的平均密度。此外，測定試樣的含水率時應(yīng)取環(huán)刀內(nèi)全部試樣采用烘干法來測定，不提倡采用酒精燃燒法，尤其當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果作為質(zhì)量評定的依據(jù)時。本試驗(yàn)路段(原狀土)采用環(huán)刀法檢測結(jié)果見表3。

表2 試驗(yàn)段路基壓實(shí)度檢測結(jié)果(核子密度儀法)Table2 Testsectionsubgradecompactiondetectionresults(nucleardensityinstrument)測點(diǎn)樁號/m濕密度ρw/(g·cm-3)含水量ω/%干密度ρd/(g·cm-3)最大干密度ρc/(g·cm-3)壓實(shí)度K/%K0+0601.94111.71.741.8295.5K0+0801.98711.21.791.8298.2K0+1001.94512.11.741.8295.3K0+1201.86711.11.681.8292.3K0+1401.95212.41.741.8295.4K0+1601.94511.81.741.8295.6K0+1801.90511.71.711.8293.7K0+2001.97111.11.771.8297.5K0+2201.87710.51.701.8293.3K0+2401.94611.71.741.8295.7K0+2601.90511.21.711.8294.1K0+2801.98311.81.771.8297.5K0+3001.90911.61.711.8294.0K0+3201.94711.31.751.8296.1K0+3401.97310.91.781.8297.8

表3 試驗(yàn)段路基壓實(shí)度檢測結(jié)果(環(huán)刀法)Table3 Testsectionsubgradecompactiondetectionresults(cuttingringmethod)測點(diǎn)樁號/m濕密度ρw/(g·cm-3)含水量ω/%干密度ρd/(g·cm-3)最大干密度ρc/(g·cm-3)壓實(shí)度K/%K0+0601.9712.11.751.8296.4K0+0802.0111.61.801.8298.7K0+1001.9712.71.741.8295.8K0+1201.8710.91.681.8292.5K0+1401.9512.41.741.8295.5K0+1601.9711.91.761.8296.6K0+1801.9012.31.691.8293.0K0+2001.9911.41.781.8297.9K0+2201.9111.01.721.8294.8K0+2401.9311.81.731.8295.1K0+2601.9511.61.751.8296.2K0+2802.0112.31.791.8298.2K0+3001.9311.91.731.8295.0K0+3201.9511.51.751.8296.0K0+3401.9711.01.781.8297.6

2.4落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測定儀(LY-I儀)

落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測定儀(LY—I儀)是利用落錘從恒等高度落下使土體產(chǎn)生反彈力，并通過低頻測出土體響應(yīng)值，進(jìn)而得到壓實(shí)度的檢測儀器[13-15]，其測定過程既不需要挖坑也不需要測出

試樣的含水率。但LY—I儀在檢測前需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對路基壓實(shí)度曲線進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定時需要選擇現(xiàn)場具有工程代表性的土樣。本試驗(yàn)路段(原狀土)采用LY—I儀法檢測結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)段路基壓實(shí)度檢測結(jié)果(LY—I儀)Table4 Testsectionsubgradecompactiondetectionresults(LY—Imethod)測點(diǎn)樁號/m測值/%第一次第二次第三次平均值壓實(shí)度/%K0+06095.496.795.295.895.8K0+08097.997.497.697.697.6K0+10094.795.895.395.395.3K0+12092.991.294.592.992.9K0+14098.592.795.495.595.5K0+16094.397.296.295.995.9K0+18092.389.594.192.092.0K0+20096.598.395.296.796.7K0+22091.194.493.893.193.1K0+24094.594.392.793.893.8K0+26097.193.692.594.494.4K0+28097.196.399.297.597.5K0+30094.592.395.194.094.0K0+32096.295.496.195.995.9K0+34096.997.897.497.497.4

3路基不同壓實(shí)度檢測方法結(jié)果及相關(guān)性分析

為系統(tǒng)分析不同檢測方法之間的相關(guān)性與差異性，將試驗(yàn)段(原狀土)路基不同壓實(shí)度檢測方法結(jié)果匯總見表5。

表5 試驗(yàn)段路基不同壓實(shí)度檢測方法結(jié)果匯總表Table5 Differentcompactnesstestingmethodstestsectionofsubgraderesultssummary測點(diǎn)樁號/m灌砂法核子密度儀法環(huán)刀法LY-I儀濕密度/(g·cm-3)含水量/%干密度/(g·cm-3)壓實(shí)度/%濕密度/(g·cm-3)含水量/%干密度/(g·cm-3)壓實(shí)度/%濕密度/(g·cm-3)含水量/%干密度/(g·cm-3)壓實(shí)度/%壓實(shí)度/%K0+0601.9712.11.7596.41.94111.71.7495.51.9712.11.7596.495.8K0+0802.0111.71.8098.91.98711.21.7998.22.0111.61.8098.797.6K0+1001.9712.61.7596.01.94512.11.7495.31.9712.71.7495.895.3K0+1201.8811.11.6993.01.86711.11.6892.31.8710.91.6992.892.9K0+1401.9512.61.7395.11.95212.41.7495.41.9512.41.7495.595.5K0+1601.9611.91.7596.41.94511.81.7495.61.9711.91.7696.695.9K0+1801.9012.11.6992.91.90511.71.7193.71.9012.31.6993.092.0K0+2002.0011.41.7998.41.97111.11.7797.51.9911.41.7897.996.7K0+2201.9110.71.7294.61.87710.51.7093.31.9111.01.7294.893.1K0+2401.9411.91.7395.31.94611.71.7495.71.9311.81.7395.193.8K0+2601.9211.51.7294.61.90511.21.7194.11.9511.61.7596.094.4K0+2802.0112.21.7998.41.98311.81.7797.52.0112.31.7998.297.5K0+3001.9311.81.7294.61.90911.61.7194.01.9311.91.7395.094.0K0+3201.9611.61.7696.51.94711.31.7596.11.9511.51.7596.095.9K0+3401.9911.11.7998.31.97310.91.7897.81.9711.01.7897.697.4max2.0112.61.8098.91.98712.41.7998.22.0112.71.8098.797.6min1.8810.71.6992.91.86710.51.6892.31.8710.91.6992.892.0平均值1.9511.81.7596.01.93711.51.7495.51.9511.81.7596.095.2標(biāo)準(zhǔn)差0.040.540.041.920.040.490.031.740.040.550.031.731.77變異系數(shù)2.054.602.042.001.904.281.831.831.884.641.801.801.86

以灌砂法作為現(xiàn)場壓實(shí)度檢測與評定的標(biāo)準(zhǔn)方法，將其他壓實(shí)度檢測方法與灌砂法采用最小二乘法進(jìn)行回歸標(biāo)定，含水率測定方法均采用烘干法。假設(shè)不同壓實(shí)度檢測方法各參數(shù)之間存在線性相關(guān)關(guān)系，則可以設(shè)：

Y=α+βX

(1)

(2)

(3)

式中：X為灌砂法所測數(shù)據(jù)；Y為其他試驗(yàn)方法所測數(shù)據(jù)；n為所測點(diǎn)數(shù)，α、β為回歸系數(shù)。其相關(guān)關(guān)系見表6。

表6 灌砂法與其他試驗(yàn)方法所測參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系Table6 Sandreplacementmethodwithothertestmethodscorrelationbetweenthemeasuredparameters試驗(yàn)方法對比參數(shù)線性回歸方程相關(guān)系數(shù)(R2)壓實(shí)度y=0.868x+12.1710.913核子密度儀法含水率y=0.877x+1.1720.934濕密度y=0.872x+0.2330.905干密度y=0.852x+0.2680.914壓實(shí)度y=0.869x+12.5920.905環(huán)刀法含水率y=0.929x+0.8470.918濕密度y=0.887x+0.2200.897干密度y=0.847x+0.2670.895LY—I儀壓實(shí)度y=0.881x+10.6440.910

不同壓實(shí)度檢測方法參數(shù)結(jié)果統(tǒng)計散點(diǎn)圖如圖1所示。

通過分析表5、表6和圖1可以得出以下結(jié)論：

① 核子密度儀法測定的壓實(shí)度結(jié)果與灌砂法相關(guān)性較好，說明其檢測數(shù)據(jù)是可靠的，同時也進(jìn)一步驗(yàn)證了核子密度儀法檢測結(jié)果可作為工程質(zhì)量評定與驗(yàn)收依據(jù)的合理性與正確性。因此，核子密度儀只要經(jīng)過準(zhǔn)確的標(biāo)定并與灌砂法進(jìn)行比對試驗(yàn)相關(guān)系數(shù)符合要求后就可以在平時檢測中廣泛應(yīng)用。

② 環(huán)刀法測定結(jié)果與灌砂法的相關(guān)性較好，兩者的含水率存在略微偏差，但變化趨勢一致，這是因?yàn)樵谌訒r間和方法上的不同造成的。因此，在采用環(huán)刀法進(jìn)行壓實(shí)度檢測時，只要使環(huán)刀取土剛好代表碾壓土層中部，并及時測定土樣的含水率，則環(huán)刀法測定結(jié)果與灌砂法相當(dāng)。

③LY—I儀測定結(jié)果與灌砂法相關(guān)性較好，結(jié)果相對穩(wěn)定，具有一定的一致性，但與其他方法的檢測結(jié)果趨勢存在細(xì)微差異。由于其檢測過程中不需要挖坑，不需測定土樣的含水率、濕密度等，試驗(yàn)檢測過程和結(jié)果比較客觀，但其對路基填料的適用性和準(zhǔn)確性仍需要進(jìn)一步探討和驗(yàn)證。

圖1　不同壓實(shí)度檢測方法參數(shù)結(jié)果統(tǒng)計散點(diǎn)圖Figure 1　Different degree of compaction detection results of statistical parameters scatterplot

4結(jié)語

① 經(jīng)對比分析認(rèn)為核子密度儀法通過與灌砂法進(jìn)行標(biāo)定，其檢測結(jié)果可作為工程質(zhì)量評定與驗(yàn)收依據(jù)，是目前比較高效、準(zhǔn)確的壓實(shí)度檢測方法。

② 根據(jù)試驗(yàn)路段壓實(shí)度實(shí)測數(shù)據(jù)，對壓實(shí)度不同檢測方法的數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行回歸標(biāo)定，建立相關(guān)函數(shù)，得到相關(guān)關(guān)系，分析比較了不同壓實(shí)度檢測方法的適用性、相關(guān)性、可靠性及優(yōu)缺點(diǎn)。

③ 灌砂法與核子密度儀法配合使用，既可以提高檢測的效率，又能夠?qū)z測結(jié)果隨時進(jìn)行比較，提高檢測質(zhì)量與精度，收到事半功倍的效果。

④ 此外，當(dāng)前不斷涌現(xiàn)出新的壓實(shí)度檢測方法，如瑞雷波、探地雷達(dá)、路基壓實(shí)度檢測儀ICCC等，但其適用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性還需與灌砂法等進(jìn)一步比較驗(yàn)證。

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Research on Subgrade Compaction Correlation Detection Method Based on Least Squares Method

LIU Jinxiu, TONG Shenjia, WANG Qian

(School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology ,Xi’an， Shanxi 710055, China)

[Abstract]One of the important indicators for evaluating the degree of compaction of road subgrade construction quality, the detection method is an important factor affecting the index, the paper mainly uses four kinds of different detection methods to test the degree of compaction road subgrade parallel detection, with sand filling method as a standard measurement method, according to the least squares regression method on the test results, establish related functions, analyze the relevance and difference, the conclusions are as follows: test results nuclear density instrument correlation coefficients greater than 0.9, can be used as basis for engineering quality assessment and acceptance ; sand replacement method used in conjunction with the nuclear density gauge method can not only improve the efficiency of detection, but also to compare the test results at any time, to improve the quality and accuracy of detection and provide reference for rapid determination of subgrade compaction.

[Key words]compactness; road subgrade; detection method; correlation

[中圖分類號]U 416.03

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1674—0610(2016)02—0056—05

[作者簡介]劉金修(1989—)，男，山東濱州人，碩士研究生 ，從事道路工程研究。

[基金項(xiàng)目]交通運(yùn)輸部西部建設(shè)科技項(xiàng)目(20113187721260)；國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51408480)

[收稿日期]2015—02—02