吳林

（黔東南州凱鑫交通工程試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司，貴州凱里 556000）

0 引言

道路橋梁工程是增進(jìn)區(qū)域間聯(lián)系、文化與經(jīng)濟(jì)交流的重要物質(zhì)載體，在社會發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用，因此，保障道路橋梁的使用安全才能使其發(fā)揮應(yīng)有價(jià)值。路基工程的穩(wěn)定性決定了道路橋梁整體的穩(wěn)定與安全，掌握科學(xué)的路基試驗(yàn)檢測方法，是對路基的性能作出客觀判斷，獲取路基質(zhì)量控制、施工工藝優(yōu)化的重要依據(jù)，對優(yōu)化道路橋梁路基性能、保障道路橋梁使用安全有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測的重要性

道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測是一項(xiàng)技術(shù)流程相對復(fù)雜的工作，操作過程中需結(jié)合多種理論與多項(xiàng)技術(shù)，對試驗(yàn)人員的能力素質(zhì)有較高要求，也是路基質(zhì)量測評、保養(yǎng)維護(hù)等工作開展的主要依據(jù)，對維護(hù)路基穩(wěn)定性、安全性有重要價(jià)值。在開展試驗(yàn)檢測過程中，結(jié)合道路橋梁工程的具體情況，選擇合適的試驗(yàn)檢測方法，經(jīng)過規(guī)范操作，獲得反饋路基性能的具體技術(shù)參數(shù)，可以評估路基的質(zhì)量，以便及時(shí)采取加固、維穩(wěn)、工藝優(yōu)化等措施，降低道路橋梁使用中發(fā)生危險(xiǎn)事故的概率。

2 道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測的常用方法

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用在道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測中的方法也得以優(yōu)化并日漸豐富，其中，常用的方法有以下幾種：

2.1 雷達(dá)探測法

雷達(dá)探測法主要用于檢測路基的密實(shí)度，以電磁波作為介質(zhì)判斷路基深度，檢測過程中不會對路基結(jié)構(gòu)造成實(shí)質(zhì)性破壞，是一種操作便利、原理簡單的無損檢測方法。具體來講，雷達(dá)探測法的原理是由探地雷達(dá)通過寬帶短脈沖形式自上而下地向試驗(yàn)面發(fā)射高頻電磁波，電磁波傳播過程中遇到介質(zhì)面則會反射，不同介質(zhì)面反射的回波存在明顯差異，先利用接收天線完成介電反射與回波回收，再通過計(jì)算機(jī)處理數(shù)字信號獲得圖像，從而識別出介質(zhì)或空間形態(tài)特征，當(dāng)出現(xiàn)波阻紊亂時(shí)，檢測位置則有極大概率存在異常的拋物線形態(tài)，從而反饋出路基空洞、回填不實(shí)等問題。該方法在應(yīng)用中也存在明顯缺陷，即難以精準(zhǔn)進(jìn)行路基壓實(shí)度測量，僅能對路基疏密程度進(jìn)行反饋。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，多在填方路堤等地形條件復(fù)雜情況下選擇雷達(dá)探測法，利用電磁波擺脫復(fù)雜地形對檢測過程與結(jié)果的干擾。

2.2 地基系數(shù)試驗(yàn)法

地基系數(shù)試驗(yàn)法主要用于檢測路基的承載力與剛度，可以對路基質(zhì)量進(jìn)行客觀反饋。檢測過程中需要應(yīng)用地基系數(shù)測試儀，并利用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)字顯示等儀器觀測與記錄荷載、路基沉降量的變化，是一種自動(dòng)化程度高、人工操作少的試驗(yàn)檢測方法，可以降低人工誤差、縮短檢測時(shí)間。地基系數(shù)試驗(yàn)法對應(yīng)用條件有特殊要求，試驗(yàn)應(yīng)避免在試驗(yàn)面過于干燥或過于濕潤狀態(tài)下進(jìn)行；路基壓實(shí)時(shí)間不得少于4h；試驗(yàn)面不得出現(xiàn)凹凸不平、坑洞情況；試驗(yàn)面應(yīng)與震源保持一定距離；雨天或風(fēng)力超過6 級時(shí)應(yīng)停止試驗(yàn)[1]。

地基系數(shù)試驗(yàn)法的缺陷在于無法反饋道路橋梁工程過渡段以及邊緣位置路基質(zhì)量情況；操作中需注意的細(xì)節(jié)較多，計(jì)算也相對復(fù)雜。具體來講，需先選擇合適的試驗(yàn)面，做好清潔與平整處理，在試驗(yàn)面安裝地基系數(shù)測試儀，要求試驗(yàn)面與承載板直接接觸，為保持承載板水平，可以鋪設(shè)2～3mm 厚的石膏膩?zhàn)踊蚋稍锷埃话惭b反力裝置時(shí)，其支撐點(diǎn)與承載板外緣之間的距離不得短于1m；千斤頂必須垂直安裝，禁止出現(xiàn)傾斜。在加載試驗(yàn)環(huán)節(jié)，加載時(shí)間與加載量的控制極為復(fù)雜，若在執(zhí)行試驗(yàn)方案時(shí)出現(xiàn)誤差結(jié)果必然受到干擾，其中要求預(yù)加荷載后3s 將荷載卸除，再等待30s 將下沉量測表歸零，直徑300mm 承載板預(yù)加荷載 為0.04MPa、400mm 則 為0.03MPa、600mm 則 為0.02MPa；且需要逐級加載，加載后1min 的沉降量不足荷載所致沉降的1%時(shí)可以繼續(xù)加載，每級加載結(jié)束后至少需要穩(wěn)定3min[2]。加載結(jié)束后需要統(tǒng)計(jì)、整理所獲數(shù)據(jù)，繪制出荷載強(qiáng)度與下沉量關(guān)系曲線，為避免誤差盡量采用計(jì)算機(jī)軟件通過二次方程擬合繪制出圓滑的曲線，發(fā)現(xiàn)曲線開始段未經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)或?yàn)榘夹螘r(shí)表示曲線需要修正；最后通過曲線計(jì)算出下沉量基準(zhǔn)值對應(yīng)的荷載強(qiáng)度，并采用式（1）計(jì)算出地基系數(shù)。

式（1）中：Ks 表示地基系數(shù)；σ 表示荷載強(qiáng)度；s 表示下沉量；ss 表示下沉量基準(zhǔn)值。

2.3 灌砂法

灌砂法是目前道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測中應(yīng)用頻率最高的檢測方法之一，其適用范圍廣、操作簡便、結(jié)果可靠性高，可以測試出砂類土、礫類土、細(xì)粒土的壓實(shí)度情況。在具體操作中需要先選擇合適的試驗(yàn)檢測地點(diǎn)，開挖試洞，灌入標(biāo)準(zhǔn)砂，粒徑大小介于0.25～0.50mm 或0.30～0.60mm，以灌入試洞內(nèi)均勻砂的體積對密實(shí)度進(jìn)行判斷。雖然灌砂法操作簡單，不規(guī)范的行為也會影響檢測結(jié)果客觀性以及檢測效率；且試驗(yàn)檢測過程中也存在諸多影響檢測質(zhì)量的因素，如灌砂筒的選擇、砂面高度、砂量等。以灌砂筒為例，檢測時(shí)測定層厚度是選擇灌砂筒的直接依據(jù)，當(dāng)測定層厚度＜150mm 時(shí)應(yīng)選擇直徑＜100mm 的小型灌砂筒儀器；測定層厚度介于150～200mm 時(shí)應(yīng)選擇直徑為150mm 的大型灌砂筒儀器；若工程位于山區(qū)因碎石含量高，應(yīng)該使用直徑為200mm 的較大型灌砂筒儀器[3]。因此，在應(yīng)用灌砂法時(shí)不僅要注意操作的規(guī)范性，還應(yīng)對各項(xiàng)影響因素加強(qiáng)控制，避免對結(jié)果的準(zhǔn)確性造成負(fù)面影響。

2.4 動(dòng)態(tài)荷載試驗(yàn)法

動(dòng)態(tài)荷載試驗(yàn)法利用動(dòng)荷載產(chǎn)生的沖擊力判斷路基質(zhì)量，試驗(yàn)檢測過程中模擬汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力，并采集動(dòng)應(yīng)變指標(biāo)，可以獲得更加符合實(shí)際、更加科學(xué)合理的檢測結(jié)果，克服了傳統(tǒng)檢測方法的弊端。檢測過程中需應(yīng)用動(dòng)態(tài)變形模量測試儀，利用具有一定質(zhì)量的落錘，在一定高度時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)，在阻尼裝置、承載板的配合下，將瞬間產(chǎn)生的沖擊力傳遞給路基，該過程則是模擬汽車運(yùn)行時(shí)動(dòng)荷載效應(yīng)對路基的沖擊，路基發(fā)生沉陷后測試垂直變形值，再利用公式（2）計(jì)算路基動(dòng)態(tài)變形模量，從理論上來講壓實(shí)度越高沉陷值越小、動(dòng)態(tài)變形模量值越高[4]。式（2）中：Evd 表示動(dòng)態(tài)變形模量；1.5 表示承載板形狀影響系數(shù)；r 表示承載板半徑；σ 表示路基最大動(dòng)應(yīng)力；s 表示承載板的沉陷值。

動(dòng)態(tài)荷載試驗(yàn)法也是一種自動(dòng)化程度較高的試驗(yàn)檢測法，可以減少人工操作，提高檢測效率，目前多在狹窄地段、復(fù)雜地段、過渡段的路基試驗(yàn)檢測中應(yīng)用，能夠獲得客觀、精準(zhǔn)的結(jié)果。

3 道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測方法的應(yīng)用

3.1 工程概況

某地進(jìn)行國道二級公路道路橋梁改擴(kuò)建工程施工，擬建工程長度為37.895km，路基寬為8.5m，采用天然砂礫作為路基填料；改擴(kuò)建后為雙向兩車道，并分層進(jìn)行路基填筑，由于填筑時(shí)每層的松鋪厚度存在差異，故而決定選擇灌砂法對路基壓實(shí)度與質(zhì)量進(jìn)行檢測。

3.2 試驗(yàn)檢測方案分析

3.2.1 選點(diǎn)與檢測頻率確定

選擇合適位置進(jìn)行檢測，且保證試點(diǎn)數(shù)量充足，否則容易出現(xiàn)檢測結(jié)果代表性不足情況，應(yīng)在試驗(yàn)檢測路基的每個(gè)橫斷面上、每個(gè)設(shè)計(jì)車道內(nèi)確定一點(diǎn)作為試點(diǎn)。

3.2.2 干密度最大值

通過室內(nèi)試驗(yàn)測出干密度的極限值，若發(fā)現(xiàn)結(jié)果偏差較大，應(yīng)由施工方聯(lián)合監(jiān)理方，在共同監(jiān)督下完成取樣工作，經(jīng)過對比試驗(yàn)確定準(zhǔn)確的干密度最大值。

3.2.3 試洞深度確定

根據(jù)行業(yè)技術(shù)規(guī)范要求，該工程每層壓實(shí)厚度均為20cm，由于施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，挖坑深度不足問題出現(xiàn)頻率較高，且會對路基壓實(shí)度的試驗(yàn)檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，結(jié)合同類型工程的試驗(yàn)檢測經(jīng)驗(yàn)，該次試驗(yàn)檢測中確定試洞深度為15cm。

3.2.4 灌砂時(shí)間

灌砂時(shí)間也會對試驗(yàn)結(jié)果客觀性產(chǎn)生影響，如提前停止灌砂則會出現(xiàn)灌入量不足情況，因此，在試驗(yàn)檢測方案中必須對灌砂時(shí)間作出要求，應(yīng)在砂從中心向邊緣流動(dòng)、擴(kuò)散且擴(kuò)散至邊緣處不再流動(dòng)的10～20s 后停止灌砂。

3.2.5 預(yù)防超百問題

試驗(yàn)現(xiàn)場條件復(fù)雜，會導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)超百問題，因此，結(jié)合該工程現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)、設(shè)備等多方面條件，要求試驗(yàn)中設(shè)置統(tǒng)一規(guī)格的試洞，并選擇直徑為200mm 的灌砂筒儀器，控制標(biāo)定筒深度與試洞深度一致、填筑層厚度＜200mm，從而預(yù)防試洞壁不平、人工操作不規(guī)范等因素導(dǎo)致的誤差，控制壓實(shí)度超標(biāo)問題。

3.2.6 明確粗糙面

試驗(yàn)前需要根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求選擇合適的試點(diǎn)，并對試點(diǎn)表面的粗糙情況進(jìn)行確定，從而確定后續(xù)試驗(yàn)步驟與操作要求。試驗(yàn)檢測時(shí)需要先對內(nèi)部砂體的容量與體積進(jìn)行標(biāo)定，再確定對量砂質(zhì)量的要求，該工程根據(jù)實(shí)際需求選擇40cm×40cm 的表面空間，并選擇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定處，控制灌砂筒處于筆直狀態(tài)，保障砂順利下落，預(yù)防堆積問題。因此，若表面處于光滑狀態(tài)，對上述步驟的進(jìn)行無影響，可以不對表面進(jìn)行清理；若表面粗糙，容易造成灌砂筒傾斜，需要提前清理，保持試驗(yàn)面平整，避免結(jié)果失真。

3.2.7 灌砂質(zhì)量控制

灌砂質(zhì)量控制也是灌砂法應(yīng)用過程中的關(guān)鍵一環(huán)，例如在對路基材料含水量進(jìn)行檢測過程中，需要在挖掘的材料中抽樣，使用小型灌砂筒時(shí)細(xì)粒土取樣量≥100g，使用大型灌砂筒時(shí)細(xì)粒土取樣量≥200g，且必須將取樣材料烘干后稱重，精度控制在1g 左右。

3.3 試驗(yàn)檢測流程

采用表面沉降控制法在試點(diǎn)范圍內(nèi)選擇40cm×40cm 的平整表面作為試驗(yàn)面，將灌砂筒放置在基板中部圓孔位置，灌砂時(shí)砂應(yīng)向基板中孔內(nèi)流入；灌砂結(jié)束后將灌砂筒去除，該步驟灌砂精度必須控制在1g左右。

上述操作結(jié)束后將基板去除，并清理試驗(yàn)面，順著基板中孔挖出直徑為200mm 的洞，期間不得出現(xiàn)下層材料混入情況；且采集材料作為試樣。

將取得試樣置于烤箱內(nèi)，烘烤至干燥狀態(tài)后，檢驗(yàn)試洞高度與基板中孔是否統(tǒng)一，統(tǒng)一的情況下將灌砂筒開啟，稱量剩余砂，期間不得觸碰灌砂筒，精度也需要控制在1g 左右。

試驗(yàn)期間如果量砂濕度出現(xiàn)變化，需要重新過篩、烘烤，且烘烤后需要放置72h，不足72h 時(shí)不得使用。

完成以上操作后，匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，先計(jì)算填滿試坑所需砂的質(zhì)量，再計(jì)算試坑材料的干、濕密度。

3.4 試驗(yàn)檢測結(jié)果

該工程共確定6 個(gè)試點(diǎn)，每層檢測結(jié)果見表1 所示，設(shè)計(jì)要求壓實(shí)度≥96%，每層壓實(shí)度平均值均超過97%，滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 灌砂法檢測路基壓實(shí)度結(jié)果（%）

3.5 試驗(yàn)檢測中的注意事項(xiàng)

第一，控制好量砂質(zhì)量，量砂可以重復(fù)使用，必須保證干燥、潔凈、無雜質(zhì)，否則會導(dǎo)致量砂松方密度出現(xiàn)誤差。每次更換量砂后都要重新進(jìn)行松方密度測試，包括漏洞中的砂，因此，事先應(yīng)準(zhǔn)備好充足的量砂，避免臨時(shí)找砂易影響檢測效率或出現(xiàn)操作不規(guī)范情況。

第二，確定試點(diǎn)后要對試驗(yàn)面進(jìn)行有效處理，表面必須平整，否則即使存在規(guī)格為1mm 的凸出點(diǎn)，也會使試驗(yàn)面厚度增加，將該部分體積計(jì)算至試坑當(dāng)中，必然會導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。建議先放置基板測試粗糙表面需要消耗的量砂，再按照規(guī)范要求計(jì)算出填坑砂量，該步驟僅可在試驗(yàn)面非常光滑情況下允許省略[5]。

第三，挖試坑時(shí)控制坑壁保持筆直狀態(tài)，出現(xiàn)上大下小或下大上小情況時(shí)也會使檢測結(jié)果出現(xiàn)偏大或偏小情況；試坑應(yīng)為圓柱體，底部不得開挖成鍋底形狀，會導(dǎo)致取出的松散土體減少，也會導(dǎo)致檢測結(jié)果偏大。

第四，灌砂環(huán)節(jié)對厚度的檢測必須是路基整個(gè)碾壓層厚度，不得僅取某碾壓層或上部進(jìn)行檢測。

4 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁路基工程試驗(yàn)檢測中選擇合適的方法決定著試驗(yàn)檢測結(jié)果能否客觀反饋路基質(zhì)量、穩(wěn)定性，因此，應(yīng)準(zhǔn)確掌握每種方法的原理、適用條件、優(yōu)缺點(diǎn)。在應(yīng)用期間根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行科學(xué)選擇，形成詳細(xì)、規(guī)范、可靠的試驗(yàn)檢測方案，指導(dǎo)試驗(yàn)檢測按操作規(guī)范進(jìn)行，規(guī)避誤差、減少失誤，從而利用試驗(yàn)檢測獲得的準(zhǔn)確結(jié)果對路基情況進(jìn)行全面、客觀判斷。