公路路基压实质量快速检测技术研究.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）0 引言路基作为公路结构的重要组成部分，不仅承受路面荷载和行车荷载，其刚度还影响着行车舒适度，但在长期行车荷载及自然环境的影响下，公路路基会产生不同程度的变形或开裂，从而影响公路的使用寿命，影响行车质量。因此，对公路路基性能进行检测，从而给出相应的处理方式是确保公路使用寿命和运行质量的重要途径。传统的检测方法由于效率低、成本高，逐渐难以适应新时期公路工程的建设要求。目前对于公路路基压实度的快速检测主要采用核子密度法、灌砂法等，但上述方法仍不能满足复杂环境下的公路路基压实度检测需要。由于公路路基填料有着较强的区域性，而不少针对路基压实度检测的研究受制于路基填料，不能做到快速无差别检测，因此无法适用于不同环境下的实际公路路基压实度检测。本文以某地高速公路为对象，借助GeoGauge快速无损检测技术，基于室内试验对不同填料及不同含水率下的路基填土压实度进行研究，并通过相关性分析左右检测结果的影响因素，为公路路基压实度快速检测技术的应用提供参考。1 研究概况1.1 工程概况本次研究的高速公路位于西部某省，高速公路全长 230 km，该高速公路的建成具有重要的战略意义，不仅对西部大开发起到了正向作用，更是对振兴西部山区经济创造了良好的先决条件。该段高速公路所经路线地形复杂多样，整段路线途径高原地形、盆地地形、平原地形、丘陵地形等，主要属于构造侵蚀类地形。路段山脉起伏，沟壑纵横伴有多种地貌特征，总体大致可分为峡谷区与宽谷盆地区。沿公路线山顶高程在1 6943 015 m不等，其相对高差在4781 320 m区间内。本文选取该高速公路中的ZK8+185.254ZK8+685.254标段为研究对象，其中该地段所属的气候类型为高原山地气候，全年降雨量较为充沛，日照时间长，干湿季节分明。据当地气象观测站的数据显示，该地段多年平均温度为11.5，其中气温最高值多集中于8月，多年观测到的最高气温为29.1，气温最低值多集中于次年1月，多年观测到的最低气温为3.6，年均降雨量约为1 258 mm。该段公路的地层主要以第四系堆积层为主，另包含部分岩浆岩与石灰岩。其中第四系堆积层土体构成主要包含素填土、残坡积、坡洪积、滑坡、冰水堆积以及砂土、卵砾石等分散分布于公路沿线的山地、谷地和盆地之中。地下水类型则主要以第四系基岩裂隙水为主，地下水的补给方式包含降雨补给和高山融雪补给，平均埋深约为1.52.6 m，地下水在含水层中形成径流并在自然陡坡处渗出。1.2 研究方法由于研究地段路基填土主要以砂土和卵石为主，因此将研究的土体对象分为粉砂土与土石混合土两种类型，为了获取两种类型土的物理性质，需要对其进行颗粒分析试验和击实试验。首先针对粉砂土进行颗粒分析试验，由于在路基填料中，粉砂土的粒径主要集中在0.07510 mm的粒径区间中，因此根据公路土工试验规程（JTG 34302020）中的要求，取自然风干样本800 g进行筛分试验，并对其不均匀系数和曲率系数进行计算，以判断粉砂土填料的级配性质。由筛分试验结果得出该土不均匀系数为10.5，曲率系数为2.1，因此此填料土级配良好。针对粉砂土填料，按照公路土工试验规程（JTG 34302020）中的要求进行重型击实试验，以获取填料土的最大干密度和最佳含收稿日期：2022-12-05作者简介：饶雪兰（1986），女（土家族），贵州贵阳人，工程师，从事试验检测工作。公路路基压实质量快速检测技术研究饶雪兰（贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州 贵阳 550000）摘要：以某地高速公路为对象，借助GeoGauge快速无损检测技术，通过室内试验对GeoGauge检测的可行性进行研究，并通过相关性分析对影响GeoGauge检测结果的因素进行探讨。研究发现，粉砂土路基的抗变形能力与压实度呈现正相关关系；土石混合土路基由于内部细颗粒土含量少，因此其检测结果受含水率影响较小；不同类型土体路基试验结果均表明，GeoGauge可应用于不同类型填料下的公路路基快速检测。关键词：路基压实；GeoGauge；快速无损检测；含水率中图分类号：U416.1文献标识码：B54交通世界TRANSPOWORLD水率，最大干密度为1.8 g/cm3，最佳含水率为12%。在丘陵、山区等路段，为了节省工程成本，通常就地取材，因此此种地段的路基填料土通常主要以土和碎石构成的土石混合料为主。除粉砂土之外，还需考虑土石混合土，土石混合土粒径较大，一般在0.01100 mm区间。根据与粉砂土相同的筛分试验得到土石混合土的不均匀系数为14.9，曲率系数为1.67，因此该种填料的级配良好；对其进行重型击实试验，得到土石混合土击实的最大干密度为 2.3 g/cm3，最佳含水率为8%。本次检测主要采用美国生产的GeoGauge便携式检测仪，该仪器具备便于携带、检测迅速等优点，能够动态监测路基填土的压密过程，从而防止路基填土在压实过程中压实不够或压实过度。仪器如图1所示。由于在检测土体压实度的过程中，土体中的填料、含水率等因素均会对检测结果造成一定的影响，因此本文在使用GeoGauge便携式检测仪对路基填土压实度进行检测时，从含水率、压实度两个方面对影响GeoGauge检测结果的因素进行试验，并进行相关性分析。图1 GeoGauge便携式检测仪2 结果分析与讨论2.1 粉砂土检测影响因素分析通过设置与实际高速路段相同的93%、94%、96%三种不同的压实度，分析不同目标厚度的压实层对检测结果的影响，为了模拟实际公路击实效果，采用无底座击实筒并置于混凝土面上，将试验用粉砂土每隔5cm为一层进行分层击实，得到如图2所示的粉砂土压实厚度-刚度关系曲线。从图2中可以看出，在同一压实度下，随着压实层厚度的增加，粉砂土的刚度逐渐递减，此结果表明在压实层厚度较低时，混凝土面会对检测结果产生一定影响；从整体来看，三种压实度均随着压实厚度的增加而减小，表明随着压实层厚度的增大，混凝土面造成的影响逐渐减小；在压实度为25 cm之前，三种压实度曲线整体斜率较大，此时混凝土面造成的影响较大，但在压实度达到25 cm之后，三种压实度曲线整体斜率较小，此时混凝土面几乎不对检测结果造成影响。除了土体的压实度外，含水率大小也左右着检测结果，因此本文依旧在93%、94%、96%三种不同的压实度下，以其最佳含水率12%为界，每隔2%的含水率进行一次检测，以分析不同含水率对GeoGauge检测结果的影响，并得到了图3所示的粉砂土含水率-刚度关系曲线。图3 粉砂土含水率-刚度关系曲线从图3中可以看出，在同一压实度下，粉砂土的刚度随着含水率的增大，表现出先增大后减小的趋势，且在最优含水率时粉砂土刚度最大，达到最优含水率12%之后，刚度逐渐较小，此结果表明粉砂土中含水量对刚度检测结果的影响较大。为分析检测刚度结果与压实度二者的关系，采用击实试验将土体在最佳含水率的条件下击实到目标压实度并进行刚度检测，将检测结果进行拟合，对刚度与压实度进行相关性分析，拟合结果如图4所示。从图4中可以看出，随着压实度的增加，粉砂土的刚度也随之增大，根据拟合结果可看出二者呈现出明显的线性关系，且相关系数为0.969，表明相关性较高，此结果表明压实度与土体的抗变形能力密切相关，从侧面验证了GeoGauge对粉砂土路基检测的可行性。2.2 混合土检测影响因素分析为分析土石混合土中含水率与刚度的关系，在93%、94%、96%三种不同的压实度下，以其最佳含水图2 粉砂土压实厚度-刚度关系曲线55总651期2023年第21期（7月 下）率8%为界，每隔2%的含水率进行一次检测，以分析不同含水率对GeoGauge检测结果的影响，并得到了图5所示的土石混合土含水率-刚度关系曲线。图5 土石混合土含水率-刚度关系曲线从图5中可以看出，在同一压实度下，土石混合土表现出的趋势与粉砂土类似，均呈现先增加后减小的趋势，但土石混合土在三种不同压实度下变化的斜率较小，其可能原因在于混合土中的细颗粒较少。通过上述结果可发现，在土石混合土中，含水率对检测结果的影响较粉砂土小。为了分析土石混合土的检测刚度结果与压实度二者的关系，采用击实试验将土体在最有含水率的条件下击实到目标压实度并进行刚度检测，将检测结果进行拟合，对土石混合土的刚度与压实度进行相关性分析，拟合结果如图6所示。从图6中可以看出，随着压实度的增大，刚度随之增加，但相较于粉砂土，土石混合土的相关性较低，其可能原因在于混合土中颗粒不均匀所致。3 结论本文以某地高速公路为对象，借助GeoGauge快速无损检测技术，基于室内试验对不同填料及不同含水率下的路基填土压实度进行研究，并通过相关性分析，得到检测结果的影响因素，结论如下：1）粉砂土的压实度与刚度检测结果及相关性表明压实度与土体的抗变形能力密切相关，从侧面验证了GeoGauge对粉砂土路基检测的可行性。2）在路基压实度检测中，粉砂土路基的含水率对检测结果影响较大，但在土石混合土路基中，由于细粒土含量较少，因此含水率对检测结果的影响相对较小。参考文献：1 陈旭峰.对城市道路路基压实度检测方法的分析研究J.城市建设理论研究：电子版，2011（24）：1-8.2 卢宝生，曾德勇，费建建.浅谈灌砂法在公路路基压实度检测中的应用J.商品与质量建筑与发展，2014（2）：172.3 梁旭基.瞬态瑞雷面波法在城市道路路基压实度检测中的应用J.中国科技纵横，2009（7）：154.4 陈翔.对公路工程路基压实度检测的认识J.中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2016（8）：162.5 蒋华伟.公路路基压实度的影响因素及质量控制探讨J.城市建设理论研究（电子版），2014（17）：1058-1059.图4 粉砂土压实度-刚度拟合结果图6 土石混合土含水率-刚度关系曲线y=0.279x-13.88R2=0.969y=0.487x-25.75R2=0.90356