佟小宇

（山東勝達(dá)工程建設(shè)有限公司，山東 東營(yíng) 257091）

公路路基建設(shè)是公路施工中非常重要的環(huán)節(jié)。只有保證公路路基施工質(zhì)量，才能保障公路后期運(yùn)營(yíng)安全[1]。公路路基的施工建設(shè)包括很多重要的環(huán)節(jié)，建成后的質(zhì)量分析是最重要的工作。只有公路路基施工質(zhì)量滿足預(yù)期建設(shè)需求、達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)，才能保證后續(xù)的施工環(huán)節(jié)能繼續(xù)進(jìn)行[2]。一些傳統(tǒng)的公路路基分析方法，會(huì)在一定程度上破壞局部路基，并且分析效率低。因此建立公路路基施工質(zhì)量的無(wú)損分析方法，具有非常重要的意義[3]。該文采用彎沉儀設(shè)備，探討其在公路路基無(wú)損分析方面的應(yīng)用。

1 公路路基施工質(zhì)量的顆粒分析法

公路路基是公路施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其關(guān)系到公路的安全使用。因此，當(dāng)公路路基施工瀕臨尾期時(shí)，需要對(duì)公路路基的施工質(zhì)量進(jìn)行分析。為保證不破壞公路路基，采用無(wú)接觸的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行分析。彎沉儀是目前常用的分析設(shè)備，可以分析公路路基的各項(xiàng)物理參數(shù)。同時(shí)，彎沉儀的技術(shù)封裝完整，容易學(xué)習(xí)和掌握，便于完成實(shí)際分析作業(yè)。

在用彎沉儀分析路基質(zhì)量前，明確公路路基的材質(zhì)構(gòu)成是測(cè)量工作的基礎(chǔ)。通常來(lái)說(shuō)，公路路基施工是就地取材。但是不同地域或同一地域不同土層的土質(zhì)結(jié)構(gòu)有很大差別，導(dǎo)致公路路基的土質(zhì)構(gòu)成較復(fù)雜。從微觀角度看，公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)包括不同顆粒度的成分，從微米到厘米分布不等。使用彎沉儀的重要前提是對(duì)公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行顆粒分析，尤其須掌握各種顆粒的差異度。表達(dá)公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)各種顆粒的不均勻程度的模型如公式（1）所示。

式中：Cu為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻程度；d10為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)中占比在10%左右的顆粒的顆粒直徑；d60為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)中占比在60%左右的顆粒的顆粒直徑。

根據(jù)公式（1）可以得到公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)各種顆粒不均勻程度的第二表達(dá)模型，如公式（2）所示。

式中：Cc為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻程度的曲率表達(dá)；d10為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)中約占10%的顆粒的直徑；d30為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)中約占30%的顆粒的直徑；d60為公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)中約占60%左右的顆粒的直徑。

按照上文提出的方法，采集公路路基分析區(qū)域的樣本土質(zhì)，并分析土質(zhì)結(jié)構(gòu)各顆粒的差異和占比，繪制統(tǒng)計(jì)曲線，如圖1 所示。

圖1 公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻程度的統(tǒng)計(jì)曲線

從圖1 的曲線變化情況可知，在公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)中，大直徑顆粒占比明顯比小直徑顆粒占比多。

2 彎沉儀的指標(biāo)參數(shù)和分析步驟

2.1 彎沉儀的指標(biāo)參數(shù)

該文對(duì)彎沉儀在公路路基施工后的質(zhì)量進(jìn)行研究，彎沉儀是最核心的設(shè)備，其分析過(guò)程清晰、分析原理簡(jiǎn)單且便于操作。從路基質(zhì)量分析過(guò)程看，彎沉儀控制重錘沖擊路基，進(jìn)而在公路路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，相當(dāng)于對(duì)土質(zhì)結(jié)構(gòu)各層施加了載荷。在載荷的作用下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)各層會(huì)產(chǎn)生位移。重錘引起的土質(zhì)結(jié)構(gòu)各層位移，可以反映路基的壓實(shí)度等質(zhì)量參數(shù)，客觀評(píng)價(jià)公路路基施工效果。彎沉儀的常見(jiàn)指標(biāo)及分析范圍，見(jiàn)表1。

表1 彎沉儀的常見(jiàn)指標(biāo)和分析范圍

根據(jù)彎沉儀的分析原理，測(cè)量得到公路路基各層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的回彈模量，計(jì)算如公式（3）所示。

式中：E為公路路基各層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的回彈模量，是反映公路路基施工質(zhì)量的最直接指標(biāo)，為更好地反映彎沉儀的分析精度，回彈模量的計(jì)算結(jié)果不應(yīng)低于兩位小數(shù)；r為分析過(guò)程中底部承載板的尺寸半徑；p為分析過(guò)程中底部承載板出現(xiàn)的應(yīng)力變化值；u為分析過(guò)程中和計(jì)算過(guò)程中的泊松系數(shù)；l為彎沉儀允許出現(xiàn)的最大彎沉值。

2.2 彎沉儀的分析步驟

根據(jù)公路路基施工質(zhì)量的分析過(guò)程可知，在使用彎沉儀的過(guò)程中要嚴(yán)格按照操作步驟。從分析過(guò)程看，彎沉儀的操作包括以下3 個(gè)步驟：分析過(guò)程前的準(zhǔn)備，對(duì)公路路基各層土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行正式分析和結(jié)束分析。按照該步驟，可以得到分析過(guò)程的流程圖，如圖2 所示。

圖2 彎沉儀應(yīng)用于公路路基的分析流程

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在分析前，要先做好準(zhǔn)備工作，檢查彎沉儀的各種狀態(tài)參數(shù)，如續(xù)航能力是否完備、是否存在電氣故障、設(shè)備啟停是否正常以及設(shè)備是否可以準(zhǔn)確回傳分析結(jié)果等。同時(shí)，也要檢查彎沉儀是否穩(wěn)固，各機(jī)械部件是否可以正常工作。

在分析過(guò)程開(kāi)始后，需要在公路路基待分析區(qū)域中選定分析的具體區(qū)域，在該區(qū)域中選擇合適的點(diǎn)位。為保證分析結(jié)果可信，不能只分析一個(gè)點(diǎn)位，要多點(diǎn)位順次分析。在某分析點(diǎn)位上，要保證彎沉儀重錘自然下落，并和承載板嚴(yán)實(shí)接觸。在這種情況下，與設(shè)備相連的上位計(jì)算機(jī)可以第一時(shí)間得到相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量完一個(gè)分析區(qū)域的多點(diǎn)位，通過(guò)比較各點(diǎn)位的測(cè)量結(jié)果，可以得出分析結(jié)論。

當(dāng)分析過(guò)程結(jié)束時(shí)，要關(guān)停設(shè)備電氣部分和機(jī)械部分，并拆除固定部件。

3 彎沉儀在路基無(wú)損分析中的應(yīng)用試驗(yàn)

3.1 驗(yàn)證彎沉儀分析結(jié)果

用于公路路基施工質(zhì)量的分析設(shè)備有很多種，為驗(yàn)證彎沉儀的分析效果，選擇土壤模量剛度儀作為對(duì)比設(shè)備。在分析試驗(yàn)過(guò)程中，在公路路基的分析區(qū)域內(nèi)設(shè)置40 個(gè)分析點(diǎn)位，各分析點(diǎn)位間分布均衡，可以得到兩種設(shè)備分析結(jié)果的對(duì)比曲線，如圖3 所示。

圖3 兩種設(shè)備的分析結(jié)果對(duì)比曲線

從圖3 中看出，兩條曲線聯(lián)動(dòng)性非常好，在各分析點(diǎn)位間基本保持同步變化。說(shuō)明兩種設(shè)備的分析結(jié)果同樣準(zhǔn)確。但是土壤模量剛度儀的操作過(guò)程非常煩瑣，彎沉儀就成了公路路基土質(zhì)分析的最佳設(shè)備。

3.2 路基壓實(shí)度與施工中碾壓次數(shù)的關(guān)系

在公路路基的施工過(guò)程中，反復(fù)碾壓非常重要，可以提高公路路基的壓實(shí)度。公路路基壓實(shí)度越高，公路路基的穩(wěn)定性越好、可持續(xù)工作的時(shí)間越長(zhǎng)，因此公路路基的每層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的碾壓次數(shù)是關(guān)鍵問(wèn)題。如果碾壓次數(shù)太少，壓實(shí)度達(dá)不到技術(shù)要求。如果碾壓次數(shù)過(guò)多，不但壓實(shí)度不會(huì)增加，反而會(huì)增加施工成本。對(duì)第一層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度與碾壓次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行觀測(cè)，如圖4所示。

圖4 第一層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果

在第一層土質(zhì)結(jié)構(gòu)中設(shè)置5 個(gè)分析點(diǎn)位，在施工過(guò)程中設(shè)置5 次碾壓。從圖中可以看出，隨著碾壓次數(shù)逐漸增加，公路路基的土質(zhì)結(jié)構(gòu)壓實(shí)度趨于飽和，不會(huì)明顯增加。碾壓4 次后，壓實(shí)度效果最好，說(shuō)明4 次是合理的碾壓次數(shù)。

進(jìn)一步觀察多次碾壓第二層土質(zhì)結(jié)構(gòu)后的效果，如圖5 所示。

圖5 第二層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果

在第二層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)試中，采用與第一層同樣的設(shè)置，二者的分析效果接近。從圖中5 組曲線可以看出，隨著碾壓次數(shù)增加，第二層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度也不斷增加。與圖4 相比，第二層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的曲線變化后期更陡峭，沒(méi)有圖4 后期平穩(wěn)。但兩組結(jié)果都說(shuō)明了多次碾壓會(huì)增加壓實(shí)度。

4 結(jié)論

公路交通是我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其施工質(zhì)量關(guān)系到運(yùn)輸效率和交通系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。該文采用一種基于硬件設(shè)備配合理論分析的方法對(duì)公路施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。硬件設(shè)備采用彎沉儀，理論分析結(jié)合路基質(zhì)量的常見(jiàn)指標(biāo)和范圍，構(gòu)建詳細(xì)的公式模型。對(duì)公路路基進(jìn)行施工質(zhì)量分析試驗(yàn)，多個(gè)點(diǎn)位、多組測(cè)量分析結(jié)果表明，多次壓實(shí)方法的壓實(shí)度比較理想，公路路基施工質(zhì)量效果較好。