劉 鑫 ，孫東寧 ，許 欣 ，杜 磊 ，洪寶寧

（1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué)江蘇省巖土工程技術(shù)工程研究中心，江蘇 南京 210098；3.河海大學(xué)隧道與地下工程研究所，江蘇 南京 210098；4.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所，江蘇 南京 210098；5.中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海 200032）

氣泡混合輕質(zhì)填料是由水泥、水、泡沫群和可選添加材料混合攪拌而成的一種新型巖土材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)性、強(qiáng)度可調(diào)性、流動(dòng)性、可垂直填筑等特點(diǎn)[1-3]，常應(yīng)用于軟基換填、道路擴(kuò)寬等特殊路段的路基填筑工程中.氣泡混合輕質(zhì)填料路基在填筑過(guò)程中，受施工質(zhì)量和施工條件影響可能會(huì)出現(xiàn)消泡、漏漿等現(xiàn)象，降低路基質(zhì)量，對(duì)路基的力學(xué)性能和工程性能造成不同程度的影響.國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣泡混合輕質(zhì)填料的施工質(zhì)量控制和改善展開(kāi)了相關(guān)研究：Hajimohammadi等[4]以黃原膠為泡沫穩(wěn)定劑，通過(guò)改善孔徑的分布提高了氣泡混合輕質(zhì)填料的工程性能；Chao等[5]探究了不同種類(lèi)的發(fā)泡劑對(duì)氣泡混合輕質(zhì)填料抗壓強(qiáng)度、干縮性和抗凍性的影響；Nambiar等[6]探究了不同配合比下氣泡混合輕質(zhì)填料漿體的穩(wěn)定性和稠度，并提出了一種預(yù)測(cè)漿體流值的方法；朱俊杰等[7]基于自制儀器，研究了氣泡混合輕質(zhì)填料路基的單次最佳澆筑厚度.然而，工程中驗(yàn)收氣泡混合輕質(zhì)填料路基時(shí)，通常以路基表面的抗壓強(qiáng)度和是否存在裂縫等缺陷作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，深層路基的填筑質(zhì)量仍缺乏有效的檢測(cè)和評(píng)估方法.若不能準(zhǔn)確獲取路基的填筑質(zhì)量，將帶來(lái)較大的工程隱患，因此，建立一種覆蓋深層氣泡混合輕質(zhì)填料路基填筑質(zhì)量的測(cè)試和評(píng)估方法顯得尤為必要.

超聲檢測(cè)是基于聲波透射原理的一種無(wú)損檢測(cè)方法，具有穿透能力強(qiáng)、設(shè)備輕便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[8-9]，廣泛應(yīng)用于焊縫、結(jié)構(gòu)物、樁基等的檢測(cè)，并收錄在相應(yīng)的規(guī)范中[10-12].然而，相關(guān)規(guī)范中并未給出如何對(duì)多孔類(lèi)材料（如氣泡混合輕質(zhì)填料）進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估的方法.從細(xì)觀角度看，氣泡混合輕質(zhì)填料內(nèi)部存在大量氣泡，超聲波在其中的傳播方式與常見(jiàn)的密實(shí)物體（如混凝土、金屬構(gòu)件）有所不同，而從宏觀角度看，氣泡混合輕質(zhì)填料是一種均質(zhì)材料，超聲波在其中的傳播方式應(yīng)具有規(guī)律性.

因此，本文基于聲波透射原理，依托具體氣泡混合輕質(zhì)填料路基填筑工程，建立路基填筑質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，并基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建路基填筑質(zhì)量的評(píng)估方法.

1 路基現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的預(yù)試驗(yàn)

在氣泡混合輕質(zhì)填料路基現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試前，需確定現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器的布置方式，然后通過(guò)室內(nèi)預(yù)試驗(yàn)獲取氣泡混合輕質(zhì)填料質(zhì)量和聲參量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供參考依據(jù).

1.1 室內(nèi)超聲檢測(cè)方法

超聲檢測(cè)設(shè)備采用ZBL-U510型非金屬超聲檢測(cè)儀，并配置2個(gè)平面換能器和2個(gè)徑向換能器.室內(nèi)超聲檢測(cè)時(shí)，采用平面換能器，只需在換能器與試塊接觸面涂抹耦合劑便可進(jìn)行檢測(cè)，如圖1所示.

圖1 室內(nèi)超聲檢測(cè)示意Fig.1 Schematic diagram of indoor ultrasonic testing

1.2 聲參量的選取

為探究超聲檢測(cè)結(jié)果與氣泡混合輕質(zhì)填料質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行了室內(nèi)預(yù)試驗(yàn)：根據(jù)施工配合比S1又設(shè)計(jì)了8種配合比（S2～S9）進(jìn)行試驗(yàn)，如表1.每種配合比分別制備 4 組 100 mm × 100 mm × 100 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺寸立方體試塊，每組3個(gè)試塊，共108個(gè)試塊.其中，前 3 組試塊分別在齡期為3、7、28 d 時(shí)進(jìn)行超聲檢測(cè)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；第4組試塊每隔7 d進(jìn)行一次超聲檢測(cè)，并計(jì)算與上一次檢測(cè)結(jié)果相比聲參量的增長(zhǎng)率，待檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn).

表1 氣泡混合輕質(zhì)填料施工配合比Tab.1 Mix ratio of foamed mixture lightweight soil

通過(guò)超聲檢測(cè)設(shè)備可獲取首波波速v、首波波幅A和主頻F共3種聲參量，如圖2.

由圖2可以看出：35 d時(shí)，3種聲參量的增長(zhǎng)量均小于1%，可認(rèn)為超聲檢測(cè)結(jié)果趨于穩(wěn)定，即第4組試塊在35 d時(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn).

圖2 聲參量增長(zhǎng)率與齡期關(guān)系Fig.2 Relationship between acoustic parameter growth rates and ages

由試驗(yàn)結(jié)果可知：不同齡期試塊的波速與強(qiáng)度f(wàn)呈正相關(guān)（如圖3所示）；而波幅、主頻與強(qiáng)度無(wú)明顯的相關(guān)性，波幅在98.83～105.78 dB內(nèi)波動(dòng)，主頻在 45.78～48.22 kHz內(nèi)波動(dòng).

圖3 強(qiáng)度與波速關(guān)系（不同齡期）Fig.3 Relationship between compressive strength and wave velocity (different ages)

由于超聲波在傳播過(guò)程中遇到裂縫、空洞等缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生繞射、折射等現(xiàn)象，造成超聲波的傳播路徑變長(zhǎng)且能量發(fā)生耗散，因此超聲檢測(cè)結(jié)果中波速和波幅會(huì)減小.遇到裂縫時(shí)，高頻率的聲波被吸收，超聲檢測(cè)設(shè)備接收到的聲波主要是低頻聲波，因而主頻降低.進(jìn)行抗壓試驗(yàn)后，56個(gè)試塊內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，對(duì)產(chǎn)生裂縫的試塊再次進(jìn)行超聲檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果匯總后如表2所示.

表2 出現(xiàn)裂縫前后超聲檢測(cè)結(jié)果對(duì)比Tab.2 Comparison of ultrasonic test results before and after cracks appear %

由預(yù)試驗(yàn)結(jié)果可知，波速可用于判斷氣泡混合輕質(zhì)填料強(qiáng)度，波幅、主頻可用于判斷填料內(nèi)部是否存在裂縫等缺陷.

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 依托工程概況

南京市內(nèi)某道路工程采用氣泡混合輕質(zhì)填料作為路基填筑材料，設(shè)計(jì)強(qiáng)度 ≥ 1.2 MPa，路基填筑高度為1.2 m.氣泡混合輕質(zhì)填料路基單次填筑面積為20.0 m × 16.0 m，單次填筑高度為0.4 m，路基分下、中、上3層澆筑.氣泡混合輕質(zhì)填料的施工配合比如表1中S1所示.

2.2 現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)設(shè)備布設(shè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣泡混合輕質(zhì)填料路基進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，由于檢測(cè)條件限制，需在路基中豎向埋設(shè)聲測(cè)管，向聲測(cè)管中注滿清水后采用徑向換能器進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)設(shè)備的布置方法如圖4所示.

圖4 現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)Fig.4 Schematic diagram of on-site ultrasonic testing

為確保聲測(cè)管外壁與氣泡混合輕質(zhì)填料緊密貼合，采用預(yù)埋的方式布置聲測(cè)管.路基澆筑前，在相應(yīng)位置固定聲測(cè)管，聲測(cè)管之間的不平行度控制在1‰以內(nèi)，且聲測(cè)管底部需密封處理.本文試驗(yàn)中聲測(cè)管采用直徑50 mm的白色PVC管.

為探究現(xiàn)場(chǎng)氣泡混合輕質(zhì)填料路基的超聲檢測(cè)結(jié)果與檢測(cè)距離的關(guān)系，在施工樁號(hào)為K3+640～K3+700 的路基中埋設(shè)間距為0.4～1.0、1.2、1.5、2.0 m的聲測(cè)管，設(shè)置3組平行試驗(yàn)，分別編號(hào)為A、B、C 組.圖5（a）為試驗(yàn)路段平面布置圖，圖5（b）為B組試驗(yàn)中測(cè)距為0.4～1.0 m的聲測(cè)管.

圖5 聲測(cè)管現(xiàn)場(chǎng)布置Fig.5 Field layout of acoustic tubes

由于依托工程的氣泡混合輕質(zhì)填料路基分下、中、上3層澆筑，選取每層路基的中間位置即路基高度為0.2、0.6、1.0 m處進(jìn)行超聲檢測(cè)，采用5次超聲檢測(cè)結(jié)果的平均值作為該層路基的超聲檢測(cè)結(jié)果.

根據(jù)檢測(cè)過(guò)程中超聲檢測(cè)設(shè)備接收到超聲波信號(hào)的穩(wěn)定程度可知：測(cè)距L為0.4～0.8 m時(shí)，可接收到穩(wěn)定的超聲波信號(hào)；測(cè)距為0.9～1.2 m時(shí)，超聲波信號(hào)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為超聲檢測(cè)設(shè)備測(cè)得的部分聲參量（如波速、波幅等）出現(xiàn)波動(dòng)，數(shù)值波動(dòng)范圍較??；測(cè)距為1.5 m時(shí)，超聲波信號(hào)的不穩(wěn)定現(xiàn)象加劇，部分測(cè)點(diǎn)無(wú)法獲取聲參量；測(cè)距為2.0 m時(shí)，所有測(cè)點(diǎn)均無(wú)法獲取聲參量.

當(dāng)測(cè)距大于1.2 m時(shí)，氣泡混合輕質(zhì)填料路基的超聲檢測(cè)的效果較差，本文僅給出測(cè)距為0.4～1.2 m的超聲檢測(cè)結(jié)果，如圖6所示，其中“A-0.2 m”代表A組聲測(cè)管在路基高度為0.2 m處的超聲檢測(cè)結(jié)果，其余類(lèi)推.

由圖6（a）可以看出：v與超聲檢測(cè)距離和路基高度均無(wú)明顯相關(guān)性，在1.306～1.407 km/s內(nèi)波動(dòng)，平均值為1.358 km/s；波速最小值 1.306 km/s出現(xiàn)在測(cè)距為1.0 m、路基高度為1.0 m的B組試驗(yàn)中；波速最大值 1.407 km/s出現(xiàn)在測(cè)距為0.5 m、路基高度為0.6 m的A組試驗(yàn)中.

由圖6（b）可以看出：波幅A和路基高度無(wú)明顯相關(guān)性，且與超聲檢測(cè)距離呈負(fù)相關(guān).

由圖6（c）可以看出：主頻與超聲檢測(cè)距離和路基高度均無(wú)明顯相關(guān)性，在24.41～28.89 kHz內(nèi)波動(dòng)，平均值為26.48 kHz；主頻最小值 24.41 kHz出現(xiàn)在測(cè)距為0.8 m、路基高度為0.2 m的B組試驗(yàn)中；主頻最大值出現(xiàn)在測(cè)距為0.4 m、路基高度為1.0 m的A組試驗(yàn)中.

圖6 聲參量隨測(cè)距變化關(guān)系Fig.6 Relationship between acoustic parameters and testing distance

現(xiàn)場(chǎng)路基超聲檢測(cè)結(jié)果中的主頻明顯低于室內(nèi)超聲檢測(cè)的主頻，是由現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)方法與室內(nèi)超聲檢測(cè)方法不同導(dǎo)致的：現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)路基時(shí)，采用的是徑向換能器，檢測(cè)時(shí)需在聲測(cè)管中灌滿清水；超聲波的傳播路徑為“水—聲測(cè)管—?dú)馀莼旌陷p質(zhì)填料—聲測(cè)管—水”，3種介質(zhì)的聲抗阻率不同；超聲波經(jīng)過(guò)在不同介質(zhì)的交界處時(shí)，高頻聲波被吸收，因此超聲檢測(cè)設(shè)備接收到的超聲波信號(hào)的主頻降低.

超聲檢測(cè)范圍越大，檢測(cè)結(jié)果越具有代表性.由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)檢測(cè)距離大于0.8 m時(shí)，超聲檢測(cè)設(shè)備接收到的超聲波信號(hào)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，測(cè)得的聲參量出現(xiàn)波動(dòng)，為保證超聲檢測(cè)結(jié)果兼具穩(wěn)定性和代表性，選擇聲測(cè)管布設(shè)間距為0.8 m進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn).

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

2.3.1 檢測(cè)點(diǎn)布置與數(shù)據(jù)采集

在依托工程中選取樁號(hào)為K3+800～K4+000作為試驗(yàn)段，分10個(gè)澆筑段，編號(hào)為1～10.每個(gè)澆筑段設(shè)置5個(gè)檢測(cè)剖面并埋設(shè)聲測(cè)管，聲測(cè)管的布設(shè)間距為0.8 m.每個(gè)檢測(cè)剖面設(shè)置3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別為路基高度的 0.2、0.6、1.0 m 處.路基齡期為28 d時(shí)進(jìn)行超聲檢測(cè)，獲取檢測(cè)數(shù)據(jù).

2.3.2 試驗(yàn)段上層路基填筑質(zhì)量測(cè)試

根據(jù)工程中氣泡混合輕質(zhì)填料路基的驗(yàn)收方法，建立測(cè)試步驟如下：在每個(gè)澆筑段的路基表面獲取 5 個(gè) 100 mm × 100 mm × 100 mm 的標(biāo)準(zhǔn)尺寸立方體試塊，共50個(gè)試塊，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以獲取試驗(yàn)段上層路基的抗壓強(qiáng)度；通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段路基表面取樣所留下的取樣槽進(jìn)行觀測(cè)，判斷試驗(yàn)段上層路基內(nèi)部是否存在裂縫、空洞等缺陷.

2.3.3 試驗(yàn)段中、下層路基填筑質(zhì)量評(píng)估

根據(jù)試驗(yàn)段上層路基的填筑質(zhì)量和超聲檢測(cè)結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立路基填筑質(zhì)量綜合評(píng)估方法，對(duì)試驗(yàn)段中、下層路基的填筑質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)段上層路基測(cè)試結(jié)果

齡期為28 d時(shí)，每個(gè)檢測(cè)段的路基表面獲取5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸試塊，共獲取50個(gè)試塊，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度 ≥ 1.2 MPa 則合格.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果：26個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度在1.20～1.30 MPa之間；21個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度在1.30～1.40 MPa之間；3個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度在 1.40～1.50 MPa 之間.50 個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度均合格，即試驗(yàn)段上層路基的抗壓強(qiáng)度合格.

對(duì)試驗(yàn)段路基表面和和取樣留下的取樣槽進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明，僅部分澆筑段的路基表面存在少量微小的收縮裂縫，即試驗(yàn)段上層路基內(nèi)部無(wú)裂縫、空洞等缺陷.

綜上，該試驗(yàn)段上層路基的填筑質(zhì)量合格.

3.2 試驗(yàn)段上層路基超聲檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)段上層路基的超聲檢測(cè)結(jié)果如圖7所示.根據(jù)K-S正態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果，v、A和F均服從正態(tài)分布，且根據(jù)正態(tài)分布定義有：v～N(1.360,0.0232)，A～N(98.23,1.672)，F(xiàn)～N(26.39,1.012).已知上層路基填筑質(zhì)量合格，即在施工現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)條件下，齡期為28 d，施工配合比S1的氣泡混合輕質(zhì)填料的在填筑質(zhì)量合格時(shí)，測(cè)距為0.8 m 的v在 1.302～1.397 km/s內(nèi)波動(dòng)，A在94.28～101.25 dB內(nèi)波動(dòng)，F(xiàn)在24.46～28.74 kHz 內(nèi)波動(dòng).

圖7 上層路基檢測(cè)結(jié)果Fig.7 Upper subgrade’s test results

4 路基填筑質(zhì)量評(píng)估

4.1 綜合評(píng)估方法建立

依據(jù)工程中氣泡混合輕質(zhì)填料路基的驗(yàn)收方法，將路基填筑質(zhì)量的綜合評(píng)估方法分為兩級(jí)：第1級(jí)根據(jù)路基的抗壓強(qiáng)度和澆筑質(zhì)量，綜合評(píng)估路基填筑質(zhì)量是否合格；第2級(jí)在路基填筑質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，根據(jù)路基填筑質(zhì)量的均勻性，進(jìn)一步評(píng)估路基填筑質(zhì)量是否優(yōu)良.

4.1.1 路基填筑質(zhì)量合格評(píng)估

為便于對(duì)氣泡混合輕質(zhì)填料路基填筑質(zhì)量是否合格進(jìn)行評(píng)估，定義某一數(shù)值為聲參量低限值.

由預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，氣泡混合輕質(zhì)填料的強(qiáng)度與波速呈正相關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣泡混合輕質(zhì)填料路基取樣的試驗(yàn)結(jié)果，路基的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.20～1.50 MPa 時(shí)，其波速在 1.302～1.397 km/s內(nèi)波動(dòng)，即路基的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度大于1.20 MPa時(shí)，波速應(yīng)不小于為1.302 km/s，取波速最小值為1.302 km/s.由于路基的超聲檢測(cè)結(jié)果具有一定的離散性，由圖7（a）可知：同一個(gè)澆筑段的超聲檢測(cè)結(jié)果中波速最多可存在5.28%的誤差，為便于計(jì)算與工程應(yīng)用將誤差5.28%向下取整為5%，即允許存在5%的誤差；當(dāng)路基的波速小于波速最小值的95%時(shí)，認(rèn)為其強(qiáng)度小于1.20 MPa，即取波速最小值的95%作為低限值，波速低限值為1.237 km/s；當(dāng)波速不小于低限值時(shí)，可認(rèn)為路基的抗壓強(qiáng)度高于1.20 MPa.

當(dāng)氣泡混合輕質(zhì)填料試塊內(nèi)部出現(xiàn)裂縫時(shí)，波幅平均會(huì)出現(xiàn)22.38%的衰減，主頻平均會(huì)出現(xiàn)14.87%的衰減.若路基內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，其裂縫尺寸（寬度、長(zhǎng)度和深度）一般大于試塊的裂縫尺寸，且路基超聲檢測(cè)時(shí)受到的擾動(dòng)因素多于試塊檢測(cè)，其波幅和主頻的衰減量應(yīng)不小于試塊內(nèi)部出現(xiàn)裂縫時(shí)的衰減量.因此，為便于計(jì)算與工程應(yīng)用，將波幅的平均衰減量22.38%向下取整為20%.當(dāng)衰減量大于20%時(shí)，可認(rèn)為路基內(nèi)部存在裂縫，即采用路基的波幅平均值的80%作為低限值，波幅低限值為78.58 dB.同理，將主頻的平均衰減量14.87%向下取整，若取為10%，由于10%這一數(shù)值過(guò)小，可能造成裂縫的誤判.為避免出現(xiàn)誤判，本文取14%，當(dāng)主頻的衰減量大于14%時(shí)，可認(rèn)為路基內(nèi)部存在裂縫，即采用主頻平均值的86%作為低限值，主頻低限值為22.70 kHz.當(dāng)波幅和主頻均不小于低限值時(shí)，可認(rèn)為路基內(nèi)部無(wú)裂縫、空洞等缺陷存在.

綜上，當(dāng)氣泡混合輕質(zhì)填料路基的填筑質(zhì)量合格時(shí)，其聲參量應(yīng)均高于低限值.

4.1.2 路基填筑質(zhì)量?jī)?yōu)良評(píng)估

超聲檢測(cè)氣泡混合輕質(zhì)填料路基時(shí)，路基填筑質(zhì)量的均勻性越好，聲參量的離散性應(yīng)越小.經(jīng)過(guò)比選，采用權(quán)重模型對(duì)路基填筑質(zhì)量的均勻性進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估指標(biāo)為波速、波幅和主頻.

權(quán)重可反映聲參量與路基填筑質(zhì)量均勻性的相關(guān)性強(qiáng)弱，常用的權(quán)重確定方法有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法.主觀賦權(quán)法側(cè)重于專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，而關(guān)于氣泡混合輕質(zhì)填料路基質(zhì)量評(píng)估方面可參考的資料較少，通過(guò)主觀方法確定的權(quán)重可能存在較大誤差.因此采用客觀賦權(quán)法中的熵權(quán)法確定聲參量的權(quán)重系數(shù)[13-15].建立路基填筑質(zhì)量均勻性評(píng)估的步驟如下：

步驟1聲參量的標(biāo)準(zhǔn)化處理

根據(jù)聲參量的分布規(guī)律，聲參量的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為

式中：xkji為第k個(gè)澆筑段的第j個(gè)檢測(cè)剖面的第i種聲參量的值（k=1,2,···,10；i=1,2,3，代表3種聲參量，其中x1為波速、x2為波幅，x3為主頻；j=1,2,···,5）；xB,kji為xkji標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值；xi為第i種聲參量總樣本數(shù)據(jù)的均值；σi為第i種聲參量總樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差.

步驟2聲參量的信息熵計(jì)算

某種聲參量的離散性越大，在路基填筑質(zhì)量均勻性評(píng)估中其提供的信息越多，根據(jù)信息熵定義，第i種聲參量的信息熵為

式中：m為評(píng)估指標(biāo)的總數(shù)，即m=3；為使lnG有意義，

步驟3權(quán)重計(jì)算

第i種聲參量的權(quán)重為

根據(jù)上述步驟，將上層路基超聲檢測(cè)結(jié)果中的3種聲參量值代入式（1），計(jì)算結(jié)果依次代入式（2）、式（3），可得表3所示結(jié)果.

聲參量的權(quán)重越大，其檢測(cè)數(shù)據(jù)的離散程度越大，在路基填筑質(zhì)量的均勻性評(píng)估中該聲參量提供的信息量越多.

步驟4均勻性評(píng)估得分計(jì)算

第k個(gè)氣泡混合輕質(zhì)填料路基填筑質(zhì)量的均勻性評(píng)估得分為

步驟5填筑質(zhì)量?jī)?yōu)良評(píng)價(jià)

由于每個(gè)澆筑段有5個(gè)檢測(cè)剖面，因此路基填筑質(zhì)量均勻性評(píng)估的總分為5分.為便于分析并簡(jiǎn)化計(jì)算，將路基填筑質(zhì)量按均勻性評(píng)估得分等間距分為4個(gè)等級(jí)：優(yōu)秀、良好、中等和合格，如表4所示.

表4 路基填筑質(zhì)量?jī)?yōu)良性分級(jí)Tab.4 Grading of subgrade filling quality

4.2 上層路基填筑質(zhì)量評(píng)估

根據(jù)本文建立的路基填筑質(zhì)量的綜合評(píng)估方法，上層路基填筑質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果如表5所示，可以看出：上層路基10個(gè)澆筑段的抗壓強(qiáng)度和澆筑質(zhì)量均合格，即路基填筑質(zhì)量合格；其中澆筑段10的填筑質(zhì)量等級(jí)為中等，其它澆筑段的填筑質(zhì)量等級(jí)均為良好.

表5 上層路基填筑質(zhì)量評(píng)估Tab.5 Filling quality evaluation of upper subgrade

根據(jù)綜合評(píng)估方法的評(píng)估結(jié)果，試驗(yàn)段上層氣泡混合輕質(zhì)填料路基的填筑質(zhì)量合格，且10個(gè)澆筑段的填筑質(zhì)量趨于一致，與現(xiàn)場(chǎng)路基質(zhì)量測(cè)試的結(jié)果相符，表明該綜合評(píng)估方法具有較好的適用性.

4.3 中、下層路基填筑質(zhì)量評(píng)估

根據(jù)路基填筑質(zhì)量的綜合評(píng)估方法，中、下層路基填筑質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果如表6所示.

表6 中、下層路基填筑質(zhì)量評(píng)估Tab.6 Filling quality evaluation of middle and lower subgrade

由表6可知：中層路基10個(gè)澆筑段的抗壓強(qiáng)度和澆筑質(zhì)量均合格，即路基填筑質(zhì)量合格；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)均勻性評(píng)估得分，中層路基10個(gè)澆筑段的填筑質(zhì)量等級(jí)均為良好.下層路基10個(gè)澆筑段的抗壓強(qiáng)度和澆筑質(zhì)量均合格，即路基填筑質(zhì)量合格；其中澆筑段7的填筑質(zhì)量等級(jí)為中等，其它澆筑段的填筑質(zhì)量等級(jí)均為良好.

綜上，該試驗(yàn)段路基的填筑質(zhì)量合格，且30個(gè)填筑質(zhì)量等級(jí)中有28個(gè)為良好，具有較好的一致性，表明該試驗(yàn)段路基澆筑質(zhì)量較為穩(wěn)定.

5 結(jié) 論

1）超聲檢測(cè)氣泡混合輕質(zhì)填料時(shí)，若測(cè)距大于0.8 m，超聲檢測(cè)儀接收到的超聲波信號(hào)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，測(cè)得的聲參量出現(xiàn)波動(dòng)，為使超聲檢測(cè)結(jié)果兼具穩(wěn)定性和代表性，建議測(cè)距為0.8 m；

2）可采用填筑質(zhì)量合格的路基在測(cè)距為0.8 m時(shí)的波速最小值的95%為波速低限值，波幅平均值的80%為波幅低限值，主頻平均值的86%為主頻低限值，對(duì)路基填筑質(zhì)量進(jìn)行合格評(píng)估；

3）在路基填筑質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，以波速、波幅、主頻為評(píng)估指標(biāo)，根據(jù)填筑質(zhì)量的均勻性，對(duì)路基填筑質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)良評(píng)估；

4）根據(jù)本文建立的氣泡混合輕質(zhì)填料路基填筑質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和評(píng)估方法，該試驗(yàn)段路基的填筑質(zhì)量合格，填筑質(zhì)量等級(jí)為良好.