程利力， 周 誠， 張 勇， 肖小進(jìn)， 陳嘉錫

(1. 華中科技大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2. 武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430023)

為保證機場運營過程中飛機快速升降的平穩(wěn)性，往往在機場路基施工過程中對其壓實質(zhì)量要求極高[1]，傳統(tǒng)檢測手段常采用灌砂法、灌水法進(jìn)行壓實度檢測，其指標(biāo)易于理解，能較好地反映機場路基的強度和穩(wěn)定性，但該檢測手段耗費時間長且對路基有損，無法實現(xiàn)快速檢測[2,3]。

目前，相關(guān)學(xué)者基于路基材料模量(剛度)進(jìn)行壓實質(zhì)量表征。陳健壯等[4]通過分析不同最大粒徑的動態(tài)變形模量Evd與壓實度相關(guān)關(guān)系，為壓實質(zhì)量快速檢測提供了一定思路。雍少寧等[5]建立了不同路基材料的Evd與壓實度的相關(guān)關(guān)系，從而實現(xiàn)壓實度的快速檢測。王龍等[6]采用落鋒式彎沉儀檢測技術(shù)進(jìn)行快速無損檢測，并對路基壓實進(jìn)行均勻性評價。馬健翔[7]分析了不同溫度及不同齡期下瀝青路面Evd與壓實度的相關(guān)關(guān)系，從而實現(xiàn)壓實質(zhì)量快速檢測。江松[8]針對大粒徑無黏性土石混填路基，利用EVD檢測技術(shù)進(jìn)行壓實質(zhì)量評價。周德泉等[9]針對重復(fù)壓縮-回彈條件下土石混填體進(jìn)行壓實指標(biāo)相關(guān)性分析。吳龍梁等[10]通過建立壓實度與動態(tài)變形模量的多元回歸分析模型，從而實現(xiàn)連續(xù)壓實質(zhì)量。Rafiei[11]等通過對不同壓實度情況下的材料變形模量進(jìn)行分析，研究表明動態(tài)變形模量與壓實度和含水量具有良好的相關(guān)關(guān)系?，F(xiàn)有研究多用于分析不同路基材料模量與壓實度的關(guān)系，還未對同一材料不同碾壓遍數(shù)以及不同碾壓位置的差異性進(jìn)行相關(guān)研究。

綜上所述，本文以某通用機場飛行區(qū)擴建項目部分機場路基施工為例，通過建立Evd與壓實度數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，利用EVD檢測技術(shù)對壓實質(zhì)量進(jìn)行快速無損檢測，并分析不同碾壓遍數(shù)以及不同碾壓位置的Evd分布差異性，進(jìn)而為現(xiàn)場壓實質(zhì)量快速無損檢測提供一定的參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

本工程以某通用機場飛行區(qū)擴建工程項目為例，場地距長江左岸近，位于長江一級階地，地形平坦；工程總面積約200萬m2，施工場地范圍廣，場地平整和土方挖填工程量大，工程任務(wù)重，施工工期緊，項目主要施工內(nèi)容包括擴建飛行區(qū)工程、航站樓以及相應(yīng)配套設(shè)施工程等。圖1為某通用機場飛行區(qū)地理位置。

圖1 某通用機場飛行區(qū)地理位置

1.2 水文地質(zhì)條件

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，整個場區(qū)內(nèi)廣泛分布溝塘，場區(qū)內(nèi)主要為低液限粉土或粉質(zhì)粘土，場地中降雨為地下水的主要來源，其賦存于地表填土中，含水量難以控制，不易壓實。

2 實驗方案

2.1 組織方案

2.1.1 實驗段區(qū)域

本飛行區(qū)擴建項目主要分跑道和滑行道；跑道區(qū)施工總寬度48 m，其中路面寬度45 m，每側(cè)路肩各寬1.5 m；滑行道施工總寬度25 m，其中路面寬度18 m，兩側(cè)路肩各寬3.5 m。其中，實驗段區(qū)域大小為16×100 m，具體位置如圖2所示。

圖2 實驗段具體位置

2.1.2 現(xiàn)場施工工藝

現(xiàn)場施工工藝如下：首先，素填土路床填至設(shè)計標(biāo)高；然后級配碎石分三層施工，從下向上依次第一層40 cm，第二層20 cm，第三層20 cm；接下來兩層水泥穩(wěn)定碎石層，均為18 cm厚；最后澆筑34 cm厚的水泥混凝土面層，共150 cm。

級配碎石分三層檢測，本次實驗選取第三層級配碎石作為實驗段，施工采用22 t振動壓路機進(jìn)行碾壓，采用振動壓路機碾壓4遍，終壓采用鋼輪壓路機靜壓2遍以上，至無輪跡為止。

圖3 現(xiàn)場分層施工工藝流程

2.1.3 實驗段布點方案

根據(jù)現(xiàn)場實驗段大小以及攤鋪機寬度8 m，選擇在每個碾壓斷面上平均間隔4 m布設(shè)一個點，在長度方向平均間隔10～20 m布設(shè)一個點，實驗過程中用紅色噴漆進(jìn)行標(biāo)記位置，測點布置如圖4所示。

圖4 實驗段測點布置/m

2.2 檢測方法

2.2.1 EVD檢測方法

EVD技術(shù)測試原理是利用落錘從適當(dāng)高度自由下落，進(jìn)而傳遞至荷載板，使荷載板下沉，沉陷量越小，則被測點的承載力越大。EVD檢測具體實驗步驟如下：

(1)平整場地表面，將荷載板水平放置在檢測路基上，適當(dāng)旋轉(zhuǎn)荷載板使其保持水平；

(2)連接測試儀進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，松開搬運鎖，調(diào)整導(dǎo)向桿氣泡使其保持垂直；

(3)開啟測定儀電源，首先進(jìn)行三次預(yù)沖擊測試，然后進(jìn)行連續(xù)三次沖擊加載實驗，取三次測量的平均值作為Evd值。

(4)打印檢測結(jié)果，并進(jìn)行下一次測試。

圖5 現(xiàn)場EVD檢測實施

2.2.2 壓實度檢測方法

按照J(rèn)TG 3450—2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》[12]，進(jìn)行挖坑灌砂測試壓實度，其測試方法步驟如下：

(1)在實驗地點選取一塊平坦場地，將基板放在表面并固定；

(2)沿基板中孔鉆取約15 cm深度的試洞，將挖出的全部材料用潔凈的搪瓷盤放置，并稱取洞內(nèi)材料質(zhì)量mw；

(3)將灌砂筒裝滿標(biāo)準(zhǔn)砂并稱取重量m1，然后放置在基板上，并打開灌砂筒開關(guān)讓標(biāo)準(zhǔn)砂流滿試洞內(nèi)，稱取灌砂筒內(nèi)剩余砂的重量m2；

(4)將試洞內(nèi)剩余砂進(jìn)行篩分回收并進(jìn)行下一次實驗。

圖6 現(xiàn)場灌砂法檢測實施

2.3 實驗結(jié)果

本次實驗段處于第三層級配碎石，其中振動壓路機碾壓4遍，鋼輪壓路機碾壓2遍以上，每碾壓一遍進(jìn)行相關(guān)實驗，期間壓路機等待或碾壓其他非實驗區(qū)域，不同碾壓遍數(shù)的壓實度檢測在該點附近取樣進(jìn)行實驗。

2.3.1 EVD實驗結(jié)果

實驗段每碾壓一遍分別在橫向4，8，12 m，縱向每隔10～20 m進(jìn)行動態(tài)變形模量檢測，每一遍共21個檢測點，共采集碾壓5遍數(shù)據(jù)，其檢測結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場EVD檢測結(jié)果 MPa

2.3.2 壓實度實驗結(jié)果

實驗段每碾壓一遍分別在2，6，11，16，18，20檢測點位置上進(jìn)行壓實度檢測，每一遍共6個檢測點，共采集碾壓5遍數(shù)據(jù)，其檢測結(jié)果如表2所示。

表2 現(xiàn)場壓實度檢測結(jié)果 %

3 壓實度-Evd相關(guān)性分析

3.1 實驗數(shù)據(jù)預(yù)處理

在實驗數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，對30個實驗數(shù)據(jù)點對應(yīng)的壓實度和Evd進(jìn)行分析，現(xiàn)場壓實度-Evd實驗數(shù)據(jù)如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場壓實度-Evd實驗數(shù)據(jù)

在第一、二遍的前期碾壓過程中，表層存在較多大粒徑碎石，其變形模量較大，導(dǎo)致Evd測量結(jié)果偏大：在第三、四遍及終壓的后期碾壓過程中，由于級配碎石不斷碾壓緊密，挖孔過程中大粒徑的碎石不易挖出，標(biāo)準(zhǔn)砂灌入過程未能灌滿孔隙，導(dǎo)致壓實度測量偏大。因此在進(jìn)行相關(guān)性分析時，對5，7，11，19，23號檢測點的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，利用其他25組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

3.2 壓實度-Evd相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步研究Evd與壓實度K之間的關(guān)系，將所測得的25組數(shù)據(jù)采用線性回歸模型進(jìn)行相應(yīng)分析，其擬合結(jié)果和相關(guān)系數(shù)分別為：

圖8 Evd-K相關(guān)關(guān)系

Evd= -174.2+214.1K，R2=0.773

實驗表明，該實驗段的Evd與壓實度K存在較強的相關(guān)關(guān)系，利用EVD檢測技術(shù)進(jìn)行壓實度表征是可行的。

4 基于EVD檢測技術(shù)的壓實質(zhì)量評價

在機場路基施工過程中，均勻良好的壓實度和剛度分布是施工質(zhì)量的評價指標(biāo)，然而由于機場路基填料自身存在不均勻性，同時壓路機不同位置的碾壓也存在一定的差異性，因此，可以通過EVD檢測技術(shù)反映機場路基壓實質(zhì)量不均勻分布情況，進(jìn)而對機場路基施工的整體質(zhì)量進(jìn)行評價。

4.1 橫向不均勻性評價

機場跑道不同施工寬度方向的Evd分布情況即為橫向不均勻情況，每組橫向分別在4，8，12 m位置進(jìn)行EVD檢測，其中沿橫向分布的情況如圖9所示?？梢钥闯?，不同施工寬度方向上的Evd比較相近，其不均勻性較小。這是由于沿寬度方向的路基填料差異性較小，因此，在機場跑道路基施工中橫向不均勻性較小。

圖9 Evd橫向分布情況

4.2 縱向不均勻性評價

在機場跑道不同施工長度方向的Evd分布情況即為縱向不均勻情況，其中沿縱向分布的情況如圖10所示。EVD檢測沿寬度方向分4，8，12 m三道進(jìn)行實驗，4 m段Evd分布在33～60 MPa之間，8 m段Evd分布在35～59 MPa之間，12 m段Evd分布在37～52 MPa之間。這是由于沿施工長度方向，不同位置機場路基材料自身存在一定的差異性，因此，在機場跑道路基施工中縱向不均勻性較大。

圖10 Evd縱向分布情況

4.3 不同碾壓遍數(shù)下的壓實質(zhì)量評價

圖11列舉了碾壓第一遍、第三遍、第五遍的實驗段Evd分布情況，整體來看，隨著碾壓遍數(shù)的增加，各檢測點位置的Evd隨之增大，但是可能某些薄弱區(qū)由于自身填料問題，會出現(xiàn)沉陷情況，導(dǎo)致隨著碾壓遍數(shù)的增加，其壓實效果越差，可通過EVD檢測技術(shù)及時對潛在薄弱區(qū)域采取換填措施。

圖11 不同碾壓遍數(shù)分布情況

5 結(jié) 論

本文以某通用機場飛行區(qū)擴建項目部分機場路基施工為例，對壓實質(zhì)量進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)論如下：

(1)實驗表明，該實驗段的Evd與壓實度存在相關(guān)關(guān)系，利用EVD檢測技術(shù)進(jìn)行壓實度表征是可行的；

(2)同一碾壓遍數(shù)的不同位置壓實質(zhì)量存在一定差異，其碾壓質(zhì)量長度方向比寬度方向不均勻性大；

(3)隨著碾壓遍數(shù)的增加，非薄弱區(qū)Evd隨之增大，薄弱區(qū)Evd越來越小，可利用EVD檢測技術(shù)及時對潛在薄弱區(qū)域進(jìn)行識別并采取換填措施，為現(xiàn)場壓實質(zhì)量快速無損檢測提供一定參考。