王千年

(武漢市市政工程質(zhì)量監(jiān)督站，湖北 武漢 430312)

1 引 言

市政道路路基的施工壓實(shí)質(zhì)量是影響道路后期使用的重要影響因素[1-3]。傳統(tǒng)的路基壓實(shí)質(zhì)量由壓實(shí)度、彎沉值等指標(biāo)控制，但壓實(shí)度與彎沉值等指標(biāo)在檢測(cè)過程中存在一定的不足，如破壞路基原有結(jié)構(gòu)、檢測(cè)速度慢等[4-8]。因此，本文以武漢濱湖大道路基試驗(yàn)段工程為背景，采用動(dòng)態(tài)變形模量Evd為路基壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)，分析了路基松鋪厚度及碾壓遍數(shù)對(duì)壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間相關(guān)性的影響，對(duì)PFWD用于市政道路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 PFWD基本原理

2.1 便攜式落錘彎沉儀的組成

便攜式落錘彎沉儀也稱手持式落錘彎沉儀(簡(jiǎn)稱PFWD)，由加載、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)組成，是在一般落錘彎沉儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的改進(jìn)，具有輕便、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。PFWD可以快速檢測(cè)公路路基的動(dòng)態(tài)變形模量，從而判斷公路路基的壓實(shí)質(zhì)量[9-12]。便攜式落錘彎沉儀的組成的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 便攜式落錘彎沉儀

2.2 PFWD的工作原理

傳統(tǒng)的市政道路一般通過壓實(shí)度來控制路基施工質(zhì)量，而壓實(shí)度反映的是路基填料的物理指標(biāo)，只是對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量的間接反映[13-15]?？紤]到運(yùn)營(yíng)期道路承受車輛動(dòng)荷載的沖擊，以PFWD檢測(cè)的動(dòng)態(tài)變形模量作為市政道路路基壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，更加貼合實(shí)際情況，其工作原理為：將10 kg的落錘沿著導(dǎo)桿提升到一定的高度然后釋放，在重力作用下，落錘通過緩沖墊對(duì)承載板產(chǎn)生一定的沖擊，并沿著承載板傳遞給道路路基，使得路基產(chǎn)生一定的沉降變形，而PFWD的通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(壓力傳感器和位移傳感器)將路基的彎沉值、動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)應(yīng)力等參數(shù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并通過公式(1)計(jì)算用于描述路基動(dòng)力特性的動(dòng)態(tài)變形模量指標(biāo)——Evd。

(1)

式中：Evd為動(dòng)態(tài)變形模量，MPa；p承載板所受壓力，kPa；δ為承載板半徑，mm；μ為路基填料泊松比；l為承載板中心沉降值，mm。

相關(guān)研究表明[16-18]，PFWD落錘通過承載板對(duì)路基的作用時(shí)間很短，此時(shí)路基表現(xiàn)為彈性變形，通過分析不同落錘質(zhì)量及高度下路基的應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力應(yīng)變曲線幾乎呈線性，因此，可以采用線彈性理論來分析PFWD的檢測(cè)結(jié)果，并把所得的路基動(dòng)態(tài)變形模量值近似當(dāng)做路基回彈模量值。

3 市政道路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方案

市政道路施工過程中多以壓實(shí)度作為路基壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)，傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)方法的檢測(cè)周期長(zhǎng)影響施工進(jìn)度，且會(huì)對(duì)原有路基造成一定的破壞。而PFWD檢測(cè)方法不僅檢測(cè)速度快，而且是無損檢測(cè)，但在實(shí)際施工過程中對(duì)壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的相關(guān)性進(jìn)行分析是十分有必要的[19，20]。

3.1 壓實(shí)度的確定

市政道路壓實(shí)度是指壓實(shí)后路基填料的現(xiàn)場(chǎng)干密度與室內(nèi)最大干密度的比值，如公式(2)所示

(2)

式中:K為壓實(shí)度；ρd為現(xiàn)場(chǎng)干密度，g/cm3；ρdmax為室內(nèi)最大干密度，g/cm3。

公式(2)中的最大干密度可通過灌砂法或者灌水法獲得，而室內(nèi)最大干密度則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)路基填料最大粒徑的范圍進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得到，可通過擴(kuò)大現(xiàn)場(chǎng)試坑體積的方法，來提高壓實(shí)度的精確值。

3.2 試驗(yàn)段路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方案

以武漢濱湖大道路基試驗(yàn)段工程為背景，對(duì)試驗(yàn)段路基的動(dòng)態(tài)變形模量進(jìn)行檢測(cè)，其中試驗(yàn)段選取長(zhǎng)度為30 m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的間距為2 m或者3 m，測(cè)點(diǎn)具體布置如圖2所示，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行壓實(shí)度及動(dòng)態(tài)變形模量檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，建立PFWD與壓實(shí)度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。

圖2 試驗(yàn)段測(cè)點(diǎn)布置圖

具體檢測(cè)方案為：(1)選取具有地質(zhì)代表性的路段為試驗(yàn)段，并按照?qǐng)D2的布置方案，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)處撒白石灰作為標(biāo)記，并在標(biāo)記處進(jìn)行PFWD模量檢測(cè)(落錘質(zhì)量分別為10 kg和15 kg)；(2)根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60—2008)，在測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行灌砂法試驗(yàn)，檢測(cè)路基試驗(yàn)段處的現(xiàn)場(chǎng)干密度，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算壓實(shí)度。

4 壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量相關(guān)性分析

相關(guān)研究表明，市政道路路基的松鋪厚度、碾壓遍數(shù)等均是影響路基壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的重要影響因素，因此，對(duì)不同松鋪厚度及碾壓遍數(shù)條件下的市政道路路基壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的相關(guān)性進(jìn)行研究分析。

4.1 松鋪厚度的影響

不同松鋪厚度下的工況如表1所示。

表1 不同松鋪厚度

不同松鋪厚度下壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的相關(guān)性曲線如圖3～圖5所示。

圖4 松鋪厚度為60 cm

圖5 松鋪厚度為70 cm

由圖3～圖5可知，隨著松鋪厚度的增加，路基壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的相關(guān)性逐漸減少，松鋪厚度為50 cm時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的關(guān)系為K=0.099 24Evd+88.156 93，相關(guān)性系數(shù)為0.74；松鋪厚度為60 cm時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的關(guān)系為K=0.123 27Evd+84.326 4，相關(guān)性系數(shù)為0.70；松鋪厚度為70 cm時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的關(guān)系為K=0.144 54Evd+87.590 21，相關(guān)性系數(shù)為0.538；這是因?yàn)樗射伜穸仍叫。坊盍现械拇箢w粒塊石在壓路機(jī)的壓實(shí)作用下，破碎程度越高，填料顆粒越均勻，則測(cè)得的壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的離散性越小，相關(guān)性系數(shù)增大。

4.2 碾壓遍數(shù)的影響

不同壓實(shí)下的工況如表2所示。

表2 不同壓實(shí)遍數(shù)

不同壓實(shí)遍數(shù)下壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的線性關(guān)系如表3所示。

表3 不同壓實(shí)遍數(shù)下線性相關(guān)性方程

由表3可知，當(dāng)?shù)缆仿坊盍系乃射伜穸燃皦簩?shí)機(jī)械一定時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的相關(guān)性隨著碾壓遍數(shù)的增加，先增大后減?。郝坊雺?遍時(shí)，兩者之間的相關(guān)性系數(shù)為0.66，路基碾壓5遍時(shí)，兩者之間的相關(guān)性系數(shù)為0.74，路基碾壓6遍時(shí)，兩者之間的相關(guān)性系數(shù)為0.68。這是因?yàn)楫?dāng)松鋪厚度一定，在路基碾壓前期，隨著碾壓遍數(shù)的增加，路基填料表層中的大粒徑顆粒不斷被壓碎，并均勻的攤鋪到路基的表面，形成一層密實(shí)度較高的表層砂礫，此時(shí)道路路基抵抗變形的能力增加，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的相關(guān)性增強(qiáng)，由0.66增加為0.74；但當(dāng)碾壓遍數(shù)達(dá)到一定次數(shù)后，路基表層以下更深處的填料破碎，形成密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)，而PFWD監(jiān)測(cè)路基動(dòng)態(tài)變形模量的深度有限，使得碾壓6遍后的動(dòng)態(tài)變形模量值幾乎不變，從而導(dǎo)致壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的離散性增大，相關(guān)性系數(shù)降低，由0.74變?yōu)?.68。

5 結(jié) 論

以武漢濱湖大道路基試驗(yàn)段工程為背景，對(duì)試驗(yàn)段路基的動(dòng)態(tài)變形模量與壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，并分析了路基松鋪厚度及碾壓遍數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)變形模量與壓實(shí)度相關(guān)性的影響，得到以下結(jié)論。

(1)松鋪厚度是影響路基壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的重要因素之一，路基松鋪厚度越小，路基填料顆粒在壓實(shí)作用下表現(xiàn)的越均勻，相關(guān)性系數(shù)也越大，當(dāng)松鋪厚度為50 cm時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的相關(guān)性最好。

(2)當(dāng)?shù)缆仿坊盍系乃射伜穸燃皦簩?shí)機(jī)械一定時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量之間的相關(guān)性隨著碾壓遍數(shù)的增加，先增大后減小，碾壓遍數(shù)為5遍時(shí)，壓實(shí)度與動(dòng)態(tài)變形模量的相關(guān)性最好。