浅谈高速公路土石混填路基压实度的检测

李 剑

(山西交通控股集团有限公司太旧高速公路分公司，山西 阳泉 045000)

1 引 言

山西平阳高速公路是山西省第一条标准的双向六车道高速公路，其修建的意义是为了缓解太旧高速公路的通行压力。它东起阳泉市平定县，与河北石太北线以隧道相接，西至太原市尖草坪区阳曲镇，全路段地形、地貌较为复杂，地质条件多为山岭丘陵。在公路修建期间，东段受自然地貌影响，路基填料多取至隧道开挖或山体开挖后的土石混合料。由于该材料颗粒变化较大，无法确定其级配范围，在实际施工中使用常规的检测方法难以控制其压实效果，唯恐路基成型后出现结构破坏导致路基的沉陷和坍塌，从而影响公路的运输和使用年限，给公路行车安全埋下隐患。目前我国现有的关于土石混合料的相关资料和检测方法尚处于初级研究阶段，为此，试验技术人员进行了一系列的试验研究，本文就该问题进行分析和探讨。

目前，公路路基压实度的常用检测方法主要有环刀法、灌水法、灌砂法以及静力灌入法等，以上几种检测方法被广泛应用，且检测效果良好，能够有效检测路基的压实效果，保证路基施工质量。在部分土石混填路段路基施工时，采用上述几种检测方法进行压实度的控制时，颗粒含量不符合规范、规程要求，检测效果较差，不能有效控制压实效果。目前我国现有的关于土石混合料的相关资料和检测方法尚处于初级研究阶段，为此，试验技术人员进行了一系列的试验研究，本文就该问题进行分析和探讨。

2 压实度的常用检测方法

2.1 环刀法

环刀法是指用标准尺寸的环形道具，通过按压取得土样，称取质量后计算其密度，同时计算它与试验室理论最大干密度的比值的一种检测方法。该方法使用方便，操作简便，但受路基填料和其本身尺寸的影响，使用范围较小，在土石混填路基中更是无法使用，在其他土样检测中准确度也相对较差，因此不推荐该方法在高速公路、一级公路路基压实度检测中使用。

计算公式

(1)

(2)

2.2 灌砂法

灌砂法是指用经过标定后的标准灌砂工具，通过等量体积的砂来计算与填料的试验室最大理论密度的比值，来反应压实效果的一种检测方法。因该方法使用方便，测量准确，被广泛的使用在工程检测中。但灌砂法也有一定的限制条件，《公路土工试验规程》中对灌砂法的检测范围给了规定：试样的最大粒径不大于15 mm，厚度为150～200 mm，当粒径大于150 mm时，就需采用其他检测方法进行检测。灌砂法检测有以下几个注意点:

(1)进行现场检测之前，必须先对使用的标准砂(量砂)进行密度标定工作，以保证检测结果的准确性。

(2)开凿出来的试样(土样)装入预先准备好的容器或者塑料袋中，及时称取土样质量m1，避免水分损失。

(3)量砂注入试洞，直至砂桶的砂不在流动时，关闭开关。

2.3 灌水法

根据《公路土工试验规程》，本试验方法适用于检测粗粒土和巨粒土的压实效果，基本原理同灌砂法相似，但需要注意的以下几点。

(1)基板固定后，要用塑料膜沿基板内壁及地表紧贴铺好，避免渗水。

(2)水从基板上方缓缓注入，注水到水面基本平平，不外溢，及时关闭阀门。

(3)将塑料薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴地铺好。在往薄膜形成的袋内注水时，牵住薄膜的某一部位，一边拉、松，一边注水，以使薄膜与坑壁内的空气得以排出，从而提高薄膜与坑壁的密贴程度，能够准确反映试坑体积。

3 沉降观测法

根据土石混填材料的特点及路基受力变形原理，当路基表面受到车辆荷载后，填料孔隙率发生变化，路基垂直方向就会发生一定程度的位移变化，这样就会产生一个位移值，根据位移值的大小，进而判定路基的压实效果，最终确定路基的施工质量和作为土石混填路基施工过程质量控制的依据。其原理如图1示。依据以上原理，在本项目东段土石混填路基中，进行了试验路段，希望以次试验进行全部土石混填路基压实度的控制。沉降观测设备布置如图2示。

图1 沉降观测法原理图

图2 沉降观测设备安设位置示意图

图1中

(3)

ΔhBC=hC-HB

(4)

ΔhBA=hA-hB

(5)

式中：hA、hB、hC分别为A、B、C三点的沉降量,mm；L1、L2分别为B、C之间及A、C之间的水平距离,m。

常见的路基填料可以大概分为两类，一类是有级配的砂粒类土，一类是无级配的土石混合类。对于有级配的砂粒土填料，我们可以通过试验室标准击实试验确定其最大干密度，现场通过灌砂、灌水法测定其密度进而可以确定其压实度。而对于无集配的土石填料或者粒径大于150 mm的填料时，灌砂或者灌水法的检测结果准确性就相对不高，那么，针对该类型的填料检测，我们参照《建筑地基基础设计规范》GB50007，设想用沉降差来进行其压实效果的评判。为此，选择了400 m土石填料路基进行试验研究。

3.1 路基填料的大致分类

(1)填料中的含石率超过70%；(2)填料中含石率在30%～70%；(3)填料中含石率在15%～30%；⑷填料中含石率小于15%。(4)对于填料含石率小于30%的土样，可以采用灌砂或者灌水法进行压实效果的检测，而对于含石率大于30%的填料压实效果的检测可采用沉降观测法。

3.2 沉降观测试验

试验内容：利用水准仪确定其碾压测定值的差值进而确定其压实效果(测试步骤参照《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)中相关知识)。

试验仪器：苏光DSZ3水准仪、徐工50031 20T振动压路机.

试验条件：虚铺厚度30 cm、最佳含水量土样

由表1的试验数据分析，得出如下结论。

表1 试验记录表

(1)土石混填路基按照设计填筑厚度进行填筑时，其压实度通过振动压路机进行压实试验，当表面稳定，不再下沉(无轮迹)时可判为密实状态。

(2)在试验过程中发现，振动压实4遍，压实度只达到74%左右。在碾压第八遍后空隙率不再减小。

(3)通过试验结果显示，当采用20T振动压路机，碾压遍数在7遍以上压实度可以满足要求，但必须保证施工过程质量控制。

3.3 结论验证

为了验证该检测方法的可行性和准确性，我们同时对检测点进行了灌水法试验验证，检测数据如表2。

表2 灌水法检测记录

根据现场灌水法检测结果，与沉降观测法所测数据基本一致。

3.4 沉降观测试验总结

施工中压实度主要由试验确定的碾压遍数来控制，要求现场严格按照规定的碾压遍数碾压。当土石混合填料来自不同采料场，其岩性、土石混合比例相差较大或施工工艺有明显变化时，应重新验证空隙率与灌水法，并确定相应的碾压遍数。在检验方法中，灌水法、沉降差法均可作为土石混填类路基的检测手段，推荐大面积施工使用沉降差法检测，个别有质疑地段，采用灌水法检验。在大面积施工中，本检测方法可实施性强，对改进工程质量有明显作用。基于土石混填路基的试验研究，通过试验检测效果分析，得出以下结论。

(1)对于含石率大于30%的土石混填路基，可以采用沉降观测法进行其压实度的检测。

(2)在土石混填路基填筑过程中，采用沉降观测法进行过程质量控制，可有效提高施工质量。

(3)在土石混填路基填筑过程中，对压实机械、摊铺厚度、含水量等进行有效控制，是保证施工质量的关键。

4 结 语

随着我国经济的高速发展，高速公路的通车里程也位居世界第一，如果建设的质量得不到保证，不仅使国家的经济蒙受重大损失，还会危及人民生命的安全，在社会上造成恶劣影响。而高速公路路基的质量最直接的影响到了高速公路的质量和寿命，综上所述，要保证路基的质量我们可以从路基的填料和施工工艺上进行控制，选择合适的路基填料、合格的施工队伍和先进的施工工艺。