市政道路路基压实度的检测技术探析

宋新晖

为了给市政道路路基压实施工提供一些参考，文章利用案例分析法，结合具体的市政道路路基施工项目，论述了市政道路路基压实度的检测技术，并以检测结果对比的方式，探究了基于静载试验的检测技术与传统检测法的优劣。得出：基于静载试验的新型压实度检测技术可以适应市政道路路基压实度快速检测要求，且检测精度较高，对路基破坏性较小。因此，在市政道路路基压实度检测时，应优先应用静载试验检测技术。

在市政建设进程中，道路建设是至关重要的一个部分。土石混填路基是市政道路路基的常用形式，对压实度具有较高要求。只有选择快速而可靠的检测技术，才可以确保土石混填路基施工质量与效率。但是，当前市政道路路基压实度检测时仍然沿用灌砂法，对路基完整性造成了较大的破坏。因此，根据市政道路路基特点，探究市政道路路基压实度的检测技术创新具有非常重要的意义。

一、市政道路路基施工项目

一市政道路路基施工项目为城市支路，道路全长580m，工程设计速度为30km/h，红线内包括3.0m人行道、1.5m绿化带、15m机非混行车道、1.5m绿化带和3.0m人行道。机非混行车道路路基结构为20cm水稳基层换填6%灰土，人行道路基结构为C30水泥混凝土与15cm级配碎石混填。

二、市政道路路基压实度的检测技术

1. 灌砂检测技术

灌砂检测技术是市政道路路基压实度检测时常用技术，主要是向道路路基开挖圆形洞口（洞深与碾压层厚度相等，直径与灌砂筒相等），换填等体积砂子，根据测定的土体密度推算的试洞容积，进而求解填料现场干密度及路基压实度。这一方法具有操作便捷的特点，但因操作过程中需要破坏路基，路基开挖施工难度较大，且对道路表面平整度、洁净度具有较高要求。同时操作时涉及多次人工称量，人为误差积累较为突出。

2. 落锤频谱式快速检测技术

落锤频谱式快速检测技术是借助落锤冲击土体促使土体产生反弹力，进而经传感器测量土体含水量推测相应位置道路路基压实度的一种方法。落锤频谱式快速检测技术具有仪器设备体积小、操作便利、不破坏路基完整性的优良特点，但对重锤下落垂直度具有较高要求。

3. 环刀检测技术

环刀检测技术是一种传统的检测技术，一般选择高为5cm、体积为200cm3的环刀，直接将环刀压入路基或落锤打入路基，进而将环刀及土样挖出称量样品质量，并测定样品含水量。这一方法对道路路基完整性具有较大破坏，且对环刀规格、测点选择具有较高要求，仅适用于不含砾石、碎石的纯细粒土路基湿密度测定，在市政道路路基压实度检测中应用可行性不高。

4. 瞬态瑞雷波检测技术

瞬态瑞雷波法是一种面波检测方法，主要利用分层介质内瑞雷面波频散特性、传播速度与介质密度相关性，求解道路路基激发的瞬态瑞雷波频散曲线，根据不同频率瑞雷波对应的波长推导不同深度范围内路基密度，进而求解路基土压实度。这一方法具有可操作性强、仪器设备轻便、对路基表面无损害、检测速度快、成果显示直观的优良特点。但是，在仪器使用前需要根据路基填料级别进行多次标定，对操作人员技术水平具有较高要求，且现有仪器精度较小，推广难度较大。

三、市政道路路基压实度的检测技术创新

1. 理论分析

基于静载试验（或静力贯入试验）的市政道路路基压实度检测是一种潜力较大的检测技术，根据静力贯入变形力学机理以及道路路基材料变形的非线性特征，可以建立路基静力贯入变形、路基初始孔隙率的关系模型，为道路路基压实度检测精度提升提供依据。为确定市政道路路基压实度，需要计算道路路基初始孔隙率，并建立道路路基表面荷载与初始孔隙率之间的关系模型。首先，路基静载试验的根本原理是路基表面贯入荷载致使路基变形，具体表现为静力贯入中心线下土体单元应力状态异变。根据静力贯入对称特点，贯入中心线下主体单元处于主应力状态，存在贯入中心线方向竖向主应力、侧向主应力，各应力叠加是静载贯入下路基土体单元竖向形状异变的主要原因。此时，假定经静力贯入探头给予路基表面均匀分布力，且市政道路路基体为均匀各向同性体，可以得到贯入中心线下深度一定位置竖向主应力与侧向主应力相等。

其次，根据集中荷载下道路路基表面位移以及均布荷载下道路路基表面竖向位移，拟合静力贯入数据，确定路基初始孔隙率。结合孔隙率、道路路基混合料干密度之间关系，在道路路基填料混合密度（最大干密度）一定的情况下，计算道路路基压实度。计算公式为：

式-1中，K为道路路基压实度；ρd为土石混合路基振动击实试验干密度，g/cm3；ρdmax为市政道路土石混合路基振动击实试验最大干密度，g/cm3。

最后，在集中荷载下，选取市政道路路基压实度代表检测点，对代表检测点进行标定。标定时，借助传统灌砂法测定代表检测点路基压实度，代入式-1，获得代表性检测点初始干密度。进而结合其他检测点静载试验曲线，得到其他检测点的干密度。均布荷载下的检测方法与集中荷载下的检测方法一致。

2. 技术实践

（1）前期准备

在检测前，准备量程为70kN的应变式拉压力传感器、量程为300mm的应变式位移传感器、动态应变仪以及小型电动液压泵、配套形成为100mm且压力为20t的千斤顶、反力装置（载重10t多功能洒水车）、长1m的Q345槽钢以及平头形探头（直径50mm、86.6mm、70.7mm）等。利用高强螺栓固定槽钢并将其安装到反力装置后车架下方，预先留设螺栓口，在槽钢上固定千斤顶（如图1）。

图1 反力装置

在反力装置安装完毕后，将反力装置后车架导杆划分为若干小段，小段长度为19.5mm，便于调节反力装置与地面距离，并将应变式位移传感器连接到导杆上，位移计触头位于水平钢板适当位置。在应变式位移传感器主体安装完毕后，应调节位移计指针位置，促使指针、探头作用方向呈180°，确保加载油缸向下加载时应变式位移传感器指针提前接触地面。

（2）现场操作

在市政道路路基表面整平后，将路段划分为若干检测点，相邻检测点之间间隔1m。根据前期检测方案，进行车架底部反力装置、应变式拉压力传感器、导杆与应变式位移传感器、动态应变仪以及小型电动液压泵、探头的组装。组装完毕后，开启油泵机，缓慢进油，促使平底圆形探头与道路路基表面紧密接触。并开启计算机软件端，进行市政道路路基工程参数、自动保存路径、停机条件的填写、保存。在参数填写完毕后，点击软件端实时试验选项卡，选择适宜的试验序号以及控制选项卡，调节探头、路基表面位置，在探头与路基表面位置距离接近于0时，停止调节。初步平衡数据采集系统后，加大进油阀门，借助车载重量输送反力，驱动平底圆形探头平稳压入路基20～40mm深度。在平底圆形探头压入路基过程中，借助动态应变仪定期采集数据，相邻组数据采集时间间隔为20ms，总检测时间为30～60s，测点为15个。在静力贯入达到最大限值或者位移达到前期设定机器停止调节时，自动结束试验。

在一个检测点检测完毕后，选择控制选项卡卸除油泵荷载，收回加载油泵，促使探头、位移计脱离路基并维持一定距离，确保基于多功能洒水车的检测车被牵引时不会触碰地面异形物体。若市政道路调节较为复杂，则需要控制收放油缸缩回至水平位置，且具有较大的净空距离，确保基于多功能洒水车的检测车被牵引时加载油泵、应变式位移传感器完好。启动车辆向前移动到下一个检测点，重复上述操作。

四、市政道路路基压实度的检测技术创新效果

1. 检测结果对比

为确定基于静载试验的市政道路路基压实度检测技术应用效果，在路基压实度检测点周边压实特征一致位置进行标准灌砂检测，获得现场市政道路路基压实度。将获得的市政道路路基压实度作为标定点，填入相关参数，进行其他道路路基压实度检测点检测数值的计算。将计算的各点检测数值与基于静载试验的路基压实度检测技术、落锤频谱式快速检测技术、瞬态瑞雷波检测技术、环刀检测技术的检测结果进行对比，得出结果如下：

表1 基于静载试验的路基压实度检测与传统压实度检测结果对比（局部）

由计算结果可知，不同测点静力贯入检测压实度结果与标定点压实度检测结果拟合度良好，可以满足市政道路路基要求。而落锤频谱法快速检测、瞬态瑞雷波检测、环刀检测结果悬殊较大，均布荷载下的位移拟合度不佳。

2. 检测操作反思

市政道路路基压实度本质上是筑路材料压实后干密度、室内测量标准最大干密度之比，在实际测试中，影响压实度结果的因素较多。为确保压实度结果准确性，在静力贯入检测技术应用时，检测技术人员应借助市政道路路基施工现场装料设备，将10t及以上重量的水装填到多功能洒水车内，确保多功能洒水车底部行走空间一定。经牵引车牵引多功能洒水车到路基压实度检测点，并进行位置调整，确保加载油泵机底座投影中心与压实度检测点重合。启动液压泵供应能源，启动控制箱上的控制按钮伸出收放油泵机活塞。

在调整收放油泵机活塞处于张开状态，促使加载油泵机处于竖直位置时停止收放油泵机，经计算机上软件发送测控命令，同时启动应变式拉压力传感器、导杆与应变式位移传感器、动态应变仪。而平头圆底探头则缓慢匀速接触路基表面，应变式位移传感器接触路基表面。在软件参数控制下，加载油泵机伸出速度、最大加载位移、最大加载力一定，最大加载力达到时平头圆底探头刚好进入路基。此时，自动终止加载操作并回收油泵及活塞。在回收油泵机活塞后，启动控制箱上控制按钮，收回收放油泵机活塞，将加载油泵机恢复至水平状态，在计算机上自动传输加载力与位移关系，并自动计算压实度检测结果。完成作业后，关闭油泵机与发电机，清孔多功能洒水车负载，并将其拖放到原位置。

在规范操作的基础上，现场检测人员应根据市政道路路基压实度检测要求，对静力贯入装置油路、油位、油料量、电源线连接稳定性、传感器信号线连接稳定牢固性进行检查。根据现场静力贯入所需反力确定洒水车内装水量，一般洒水车与装水总重量应超过所需反力的1.2倍。进入道路路基压实度检测现场后，根据市政路基填料粒径范围选择适宜尺寸的平头圆底探头，一般在市政道路路基填料粒径范围较大时，需要选择较大尺寸的平式圆底探头。

五、总结

综上所述，静载试验压实度检测技术契合市政道路路基压实度快速精准检测要求，较之灌砂法优势更为突出。因此，在市政道路路基压实度检测时，检测技术人员可以根据市政道路路基受载变形以及压实机理，依据分级加载思想，构建市政道路路基压实度检测模型。进而借助适宜尺寸和形式的探头开展现场静力贯入试验，有效提高市政道路路基压实度的检测效率与结果准确度。