葉田嬌

摘 要：土石方填筑路基的壓實(shí)質(zhì)量，不僅影響整個(gè)路基的抗變形能力以及承載能力，同時(shí)，對(duì)于路基的使用壽命以及相關(guān)服務(wù)水平也起著至關(guān)重要的作用。以往對(duì)土石方填筑路基壓實(shí)度的檢測(cè)方法，采用灌水法、環(huán)刀法以及灌砂法等，這些檢測(cè)方法不僅需投入大量的人力、物力，而且操作相當(dāng)復(fù)雜，重要的是檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)?；诖?，為驗(yàn)證基于EVD的一種土石方填筑壓實(shí)度的快速檢測(cè)方法以及其可行性，我們?cè)谡谑┕さ呐R渭高速施工現(xiàn)場(chǎng)，選取不同路基填料完成實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，并建立EVD與壓實(shí)度之間的相關(guān)關(guān)系，從而快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)路基的壓實(shí)度。本文分別對(duì)不同路基，如紅沙巖路基、頁(yè)巖土，粉土路基以及紅砂巖路基進(jìn)行檢測(cè)，并建立EVD與壓實(shí)之間的關(guān)系，證實(shí)具有良好的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：EVD;土石方填筑;壓實(shí)度;快速檢測(cè)

0 引言

土石方路基如果壓實(shí)不充分，必然會(huì)導(dǎo)致工后沉降的過量產(chǎn)生，從而引發(fā)路基路面病害以及一系列工程隱患等問題。就土石方填筑路基而言，填料的具體組成成分以及壓實(shí)成型是決定工程質(zhì)量好壞的重要因素。由于本研究項(xiàng)目為重慶某市政道路項(xiàng)目，地質(zhì)多變，通常路基填料以頁(yè)巖土、鹽漬土為主，為此，缺乏優(yōu)質(zhì)的路基填料，成了重慶市公路建設(shè)過程中長(zhǎng)期以來面臨的問題。在此條件下，能夠合理、有效檢測(cè)路基壓實(shí)度，進(jìn)而控制路基指標(biāo)，成為該地區(qū)建設(shè)公路路基質(zhì)量控制的唯一途徑。然而隨公路建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，路基壓實(shí)質(zhì)量控制的種種不足日益凸顯，主要表現(xiàn)為檢測(cè)過于單一，片面化。從靜態(tài)指標(biāo)來看，路基壓實(shí)質(zhì)量測(cè)量不夠客觀合理。為此，有必要采取動(dòng)靜結(jié)合、指標(biāo)互補(bǔ)的檢測(cè)方案，來控制路基質(zhì)量，同時(shí)擴(kuò)大檢測(cè)范圍、細(xì)節(jié)部位，增強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率。本文通過便攜式動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)量?jī)x，將所檢測(cè)到的動(dòng)態(tài)變量模量即EVD與路基壓實(shí)度之間建立一系列相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而高效、快速的得到路基的壓實(shí)度，對(duì)土石方填筑路基壓實(shí)度的控制來說，具有良好的優(yōu)勢(shì)，值得同行應(yīng)用借鑒。

1 土石方混合料性質(zhì)

1.1 土石方材料定義

土是由地殼表層的巖石在自然界中陽光、空氣、水以及各種生物的共同作用下形成的產(chǎn)物。隨時(shí)間的推移以及地質(zhì)環(huán)境的不斷演變，巖石逐漸被堆積、分裂，搬運(yùn)，而后形成形狀、成分以及大小不同的顆粒結(jié)合體。巖石是構(gòu)成地殼的自然物體，同時(shí)也是一種礦物或多種礦物組成的共同集合體，通常巖石較為堅(jiān)硬，經(jīng)過長(zhǎng)期地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和造巖過程，巖石會(huì)逐步形成不同節(jié)理裂縫、層理等多種結(jié)構(gòu)面。土石方混合料是由表面層土及巖石在外力作用下形成的。目前針對(duì)土石方混合料沒有明確定義。按照國(guó)家公路土工試驗(yàn)規(guī)程，將土石方定義為：在土石方混合料中，巨粒土是巨料組質(zhì)量多于總質(zhì)量的5%，漂卵石是巨料組質(zhì)量多于總質(zhì)量的75%，石夾土是巨料組質(zhì)量多于總質(zhì)量的75%～50%，漂卵土是這巨料組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50%～15%。通常巨料組質(zhì)量少于總質(zhì)量15%的土，可將其分為粗料土或細(xì)料土，粗粒土是粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50%，砂類土是礫粒組質(zhì)量小于或等于總質(zhì)量的50%。

1.2 土石方混料分類

按照土石方中粗顆粒含量不同進(jìn)行分類時(shí)，大多以粗顆粒含量70%以及30%作為分界點(diǎn)，當(dāng)土石方中粗顆粒的含量≥30時(shí)，該工程特性主要決定于土石方混合料的細(xì)料，當(dāng)土石方中粗顆粒含量在30%～70%時(shí)，其特性取決于土石方中粗顆粒和細(xì)顆粒的混合作用。從巖石不同進(jìn)行分類時(shí)，可將土石方混合料分為以下二類：一是，強(qiáng)度低易風(fēng)化類。這類混合料中礦物含量比較高，容易吸水且軟化性較強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度一般低于15 MPa。在干濕循環(huán)過程中，極易破碎崩解。二是，強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力中等類。該類土石方中包含大多數(shù)泥板巖、泥質(zhì)礫巖、凝灰?guī)r等。其抗壓強(qiáng)度介于15 MPa～30 MPa。這類巖石中礦物含量較低，一般低于5%。具有較強(qiáng)的抗氧化能力，但經(jīng)吸水后，會(huì)出現(xiàn)不同程度的軟化，但不會(huì)發(fā)生崩解破碎。按照土石方中最大粒徑不同進(jìn)行分類，相比細(xì)粒土，土石方混合料區(qū)別最大在于其粒徑較大。國(guó)內(nèi)習(xí)慣采用粒徑為5 mm的土石方混合料，將其作為分界粒徑，即細(xì)顆粒為小于5 mm，粗顆粒為大小5 mm，大量研究表明，土石方混合料的工程特性主要受粗顆粒含量的影響，而受級(jí)配變化和最大粒徑的影響較小。因此，從工程應(yīng)用方便的角度來看，土石方混合料粒徑，其界限應(yīng)劃為應(yīng)5 mm。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及方案

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本次實(shí)驗(yàn)中，所采用的儀器為德國(guó)生產(chǎn)的便攜式動(dòng)態(tài)變形模量檢測(cè)儀，型號(hào)為HMP LFGpro型。該檢測(cè)儀主要用于土石方填筑地基表面填平后，依次按照30 cm、40 cm、50 cm松鋪厚度，對(duì)其路基進(jìn)行碾壓，檢測(cè)其動(dòng)態(tài)變形模量和彎沉值，進(jìn)一步對(duì)路基抗變形和承載力進(jìn)行客觀評(píng)估。該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)只需兩分鐘即可實(shí)時(shí)檢測(cè)路基抗變形及承載力。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案及方法

第一，劃分填料類型。為便于后續(xù)有效分析EVD與路基壓實(shí)度之間的關(guān)系。在施工現(xiàn)場(chǎng)選擇不同的路基填料，在實(shí)驗(yàn)室完成液塑限及篩分等相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)，以獲得正確的土石方填料路基工程分類。

第二，快速、高效檢測(cè)方案。測(cè)試儀的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，是基于路基壓實(shí)程度進(jìn)行布設(shè)的，盡可能對(duì)EVD數(shù)據(jù)的檢測(cè)范圍，實(shí)施多地?cái)U(kuò)散，能夠快速給出相應(yīng)路基的準(zhǔn)確壓實(shí)度，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)需要，釆用傳統(tǒng)灌砂法，選取相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。對(duì)于重慶某市政道路k94+135處，該路基屬于頁(yè)巖土路基，該處各檢測(cè)點(diǎn)之間的布設(shè)應(yīng)相距10 m，以路基中心線為準(zhǔn)，依次展開檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)范圍應(yīng)覆蓋整個(gè)填筑路基的施工面。

3 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 頁(yè)巖土路段相關(guān)性測(cè)試

采用便攜式動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀，檢測(cè)路基拱涵頂高填方段的壓實(shí)度，對(duì)于涵頂填高設(shè)計(jì)為51 m，93區(qū)為本次檢測(cè)路基層面，該路基為頁(yè)巖土，表面填筑土石方，粒徑為5 mm，最佳含水率和最大干密度，分別為12.2和1.87 g/cm3。

通過本次檢測(cè)，共獲得有效數(shù)據(jù)計(jì)48組，經(jīng)建立EVD與路基壓實(shí)度之間的關(guān)系后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者呈線性關(guān)系，其系數(shù)R2為0.968 8。依據(jù)國(guó)家有關(guān)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，高速公路土石方填筑下路基壓實(shí)度必須≥93%，其上路堤的壓實(shí)度必須≥94%，而路床壓實(shí)度必須≥96%，因此，根據(jù)相關(guān)要求以及本次所測(cè)EVD與路基圧實(shí)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得該土石方填筑路基壓實(shí)度EVD控制下限值。除此之外，采用傳統(tǒng)灌砂法和EVD，在施工現(xiàn)場(chǎng)選取不同點(diǎn)位進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種方法所測(cè)路基壓實(shí)度值之間接近，不存在大的偏差，將利用灌砂法所測(cè)的數(shù)據(jù)設(shè)為真值，兩者之間誤差全部小于1%，表明利用EVD檢測(cè)該路基的壓實(shí)度，既快速又準(zhǔn)確可靠。

3.2 粗砂路段相關(guān)性分析

釆用便攜式動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀，檢測(cè)高填方路基壓實(shí)度，填高設(shè)計(jì)為30 m，現(xiàn)填高32 m，檢測(cè)層面為94區(qū)，原路基為粗砂，填料為粒徑5 mm的土石方，最佳含水量和最佳干密度為，10.3和1.95 g/cm3。本次有效檢測(cè)數(shù)據(jù)為37組，建立EVD與路基壓實(shí)性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者呈線性相關(guān)，其系數(shù)R2為0.936 8。依據(jù)國(guó)家公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，要求高速公路路堤壓實(shí)度≥93%，上路堤壓實(shí)度≥94%，路床壓實(shí)度≥96%，為此，通過建立EVD與壓實(shí)度之間的關(guān)系，獲得該路段土石方填料路基壓實(shí)EVD控制下限值。在施工現(xiàn)場(chǎng)釆用傳統(tǒng)灌砂法，在對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，釆用快速EVD測(cè)試與灌砂法結(jié)果相近，兩者對(duì)應(yīng)位置測(cè)試相差>1%，表明未壓實(shí)路基對(duì)EVD快速檢測(cè)法有一定影響，但對(duì)判斷路基壓實(shí)質(zhì)量是否合格無影響。在施工現(xiàn)場(chǎng)，可通過多釆集測(cè)試點(diǎn)的平均值，來消除影響，這在一定程度上反映了EVD快速檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)。

3.3 不同碾壓遍數(shù)與表面沉降量、路基回彈模量之間的關(guān)系

土石方填料過程中，不同碾壓遍數(shù)和不同松厚度鋪設(shè)下測(cè)量表面沉降量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨碾壓遍數(shù)的增加，土石方混合料各松土厚度表面沉降量迅速增加，之后逐漸減慢，隨松土厚度的不斷增加，累計(jì)表面沉降量逐漸增大，當(dāng)對(duì)路基碾壓達(dá)6遍時(shí)，路基沉降量基本趨于穩(wěn)定。從不同碾壓遍數(shù)與路基回彈彎沉的關(guān)系來看，隨碾壓遍數(shù)的增加，土石方混料不同松土厚度，其彎沉值變小，表明該路基的抗變形能力不斷提高，承載力也隨之提高。當(dāng)松土厚度為60 cm，碾壓遍數(shù)為6遍時(shí)，路基表層有所回彈，由此可說明，當(dāng)碾壓機(jī)具一定時(shí)，隨著碾壓遍數(shù)的增加，土石方路基的承載力不會(huì)受到任何影響。

4 小結(jié)

總之，通過釆用便攜式動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀對(duì)某高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)，不同路基填筑土石方路段，釆用EVD進(jìn)行路基變形模量測(cè)試，建立EVD與路基壓實(shí)度之間的關(guān)系，并將結(jié)果與傳統(tǒng)灌砂法測(cè)試結(jié)果相比，得到相關(guān)關(guān)系式。進(jìn)一步驗(yàn)證EVD快速檢測(cè)法與傳統(tǒng)檢測(cè)法的一致性，誤差范圍能夠滿足相關(guān)要求，因此，基于EVD的一種快速檢測(cè)土石方填筑壓實(shí)度的方法，能夠?qū)刂七M(jìn)度有所加快，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)控制，是一種快速檢測(cè)路基壓實(shí)度的方法。

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