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浅析公路路基压实度影响因素及检测技术对比

发表时间：2020/11/25 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张金强

[导读] 摘要：随着我国经济不断稳步提升，公路发挥着重要的交通运输作用，其质量问题也引起了人们的重视。

        温州交通建设集团有限公司浙江温州 325600
        摘要：随着我国经济不断稳步提升，公路发挥着重要的交通运输作用，其质量问题也引起了人们的重视。压实作为公路施工质量控制至关重要的一道工序，显著影响公路的服务质量和使用寿命。合格的压实度可以使路基路面具有良好的承载力，防止出现沉陷、雨水渗透，进而避免道路出现坑槽、唧浆等问题。保证良好的压实度，除了要加强公路施工过程中各项工艺的把控以外，最主要是应对其压实度采取行之有效的检测和评价，这是预防压实度不足的最后一道保障。
        关键词：高速公路；压实度；质量控制；影响因素；检测方法
        公路路基路面现场测试推荐的压实度检测方法主要有环刀法、灌砂法、核子密度仪法，然而各个工程实际项目面临的主观和客观条件不同，采用的检测评价方法也不尽相同。因此，本文主要探讨如何选择适宜的方法，根据实际工程实践的检测数据的分布规律，结合其原理、优缺点进行对比，以期为工程应用提供参考。
        1压实度的概念及影响因素
        1.1压实度的概念
        路基的实际干密度与标准最大干密度越接近，表明路基的压实度越好，在一定程度上代表道路的质量就越高，能够抵抗行车荷载反复作用下产生的变形，具有较好的耐久性、抗水侵蚀能力。压实度的影响因素不同压实度的测定方法、原理不同，测得土体压实度的结果也不尽相同。因此，需要对土体压实度的影响因素进行分析，选择合理的测定方法以消除不利影响，确保测得土体的真实压实度。
        （1）含水率。含水率是保证路基土体压实度合格的重要物理指标。也是试验室测定土的干密度与孔隙率的重要指标，土体含水量的高低直接影响了土体各项力学指标的变化，包括渗透系数、压缩系数、内摩擦角等。根据已有的试验表明[3]，土体存在最优含水率的情况下，当实际含水率小于最优含水率时，土体颗粒之间缺少作为润滑剂的水分，在压实过程中土颗粒之间存在相对滑动，而颗粒表面粗糙不平会产生内摩擦力，由于缺少润滑剂的作用易使土体的内摩擦阻力增大，土体不易于压实；同时，当实际含水率大于最优含水率时，由于土体中的自由水在压实过程中很难排出，形成较大的孔隙水压力，导致颗粒之间间隙较大，使得土体的实际干密度减小，进而减小了其压实度。
        （2）压实功。压实功是压实机具对单位面积土体所施加的力。路基土体组成主要是固相土颗粒、液相含水量和气相气体组成。压实的目的是为了排出土体中的自由水与气体成分，因为两者状态较不稳定，易受环境影响而增加或减小，使得土体的压实度难以达标。因此，需要借助外力作用即压实功来帮助土体排出自由水和气体。影响压实功的因素包括压实机械、压实厚度、碾压速度及遍数。
        （3）路基土体的级配。相关的室内试验与数值仿真[4，5]也表明了土体的颗粒级配也会影响压实度的好坏，级配好的土体颗粒大小连续均匀，大颗粒之间的孔隙被小颗粒填充，级配越优良，这种填充的连续性就越好，此时土体最大干密度的最大值会提高；相反级配差的土体易由于颗粒的不连续性导致颗粒间的孔隙较大，填充效果不好，一定程度上降低了土体的最大干密度。
        2压实度的检测方法及对比分析
        2.1环刀法
        （1）操作原理。首先，测试前测量环刀的质量与体积，并在内壁涂抹凡士林；其次，清理整平取土的地点，将环刀垂直打入待测土中，接着将环刀取出，清理外壁多余的土并称重；最后，采用烘干法或者干烧法去除土样中的水分，并再次称重。
        （2）优缺点及适用范围。环刀法是我国传统的压实度检测方法，具有检测器具简单、操作便捷、检测效率高等优点。其缺点：①是有损检测方法中破坏性最大的方法，容易破坏试样周围的土体；②依赖检测人员的专业素养，易受主观因素影响引起较大的误差；③采用抽样检测的方式，样本数量较少，无法代表范围内路基的平均密度；④采用环切方式进行取土，对环刀质量、垂直角度及土质的松软度要求较高。

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        环刀法适用于测量土质较为松软的一、二类土，不适用于含有砾石、碎石的土体；由于其操作较为简单，适用于局部存在压实问题土体的快速检测；对土体的含水率测量较为敏感，适用于由含水率问题引起压实度不足的土体，不适用于级配较差的土体。
        2.2灌砂法
        （1）操作原理。灌砂法的操作方法与环刀法类似，都是对试点进行挖洞取土，测得灌砂的体积、质量及试样土的含水量，通过计算湿密度、干密度，进而可以得到其压实度，其计算方法与环刀法类似，不再赘述。
        （2）优缺点及适用范围。灌砂法优点在于操作过程具有可控性，数值的准确性及检测结果的代表性，是实际工程中路基压实度检测的常用方法。其缺点：①量砂的称重、干湿性易影响测量结果；②需要携带大量的量砂，且须多次测量，影响工作效率；③不同的击实方法会影响土的最大干密度，导致压实度数值易产生偏差。
        灌砂法适用于底层或基层粗粒砂类和砾类土的检测，不适用于有大孔洞或大空隙的土体；检测结果具有代表性，可作为仲裁性试验。
        2.3核子密度仪法
        （1）操作原理。核子密度仪法是国际上广泛应用的压实度和含水量检测方法，将核子探头放入预先打好的小洞，由放射源发出的射线，经过康普顿散射后接收返回的射线的数量，可以测定材料的密实度。核子仪自带有显示屏，可以方便测量出材料的干湿密度、含水率、孔隙率、压实度。
        （2）优缺点及适用范围。优点是可用于所需检测人员少，对路基的损害较小，检测结果直观可见。其缺点：①仪器带有放射性，会对人体健康和环境产生影响；②反射源存在衰变，所以仪器使用前需要标定，操作步骤较为繁琐；③检测费用较高。该方法适用于各种土的密度及含水率的测量；能通过显示屏直接读出结果，可用于现场质量的快速评定；可以用于确定碾压遍数、机具组合等压实功相关参数。
        3对比分析
        （1）测试时间。灌砂法的操作与环刀法类似，但灌砂法增加了灌砂与取砂的步骤，延长了操作时间，大概30min完成一次；核子密度仪法可以直接从显示屏读取结果，熟练操作后可以快速进行压实度检测，检测一次时间为5min左右。因此，核子密度仪法是三种方法里测试时间最短的方法。
        （2）测试价格。灌砂法相对于环刀法需要消耗较多的量砂，且需要用到的器具也较多，所以灌砂法的测试价格会高于环刀法；而核子密度仪法用到的仪器成本价格较为昂贵，一般为10万元左右，对其使用和保存的要求较高，其测试价格是三种方法中最高的。
        （3）适用范围。环刀法仅适用于颗粒较小的一、二类粘性土。灌砂法不仅可用于粘性土，也可用于带有砾类、碎石类的土体。由于级配、粒度、均匀性对核子密度仪法的检测影响较小，所以可以适用于各种类型的土体（包括冻土），但不适用于含水量较高的土体。
        （4）压实度影响因素的相关性。环刀法和灌砂法均采用烘干法直接测定土样的含水量，对含水率的影响因素较为敏感，所以适用于检测由含水率问题引起压实度不足的土体[6]；核子密度仪法通过反射性元素，建立射线数量与材料密度的函数关系测得材料的密度值，对由压实功或颗粒级配引起的压实度不足土体的检测较为精确。
        4结束语
        路基压实度是公路质量的基本保障，通过对比分析，核子密度仪法的检测时间比环刀法和灌砂法的检测时间短，但相应的检测费用比后两者更高。核子密度仪法适用范围最广，但由于检测的稳定性和压实度的相关性较差，不能用于仲裁性检测，而环刀法与灌砂法所测得的压实度结果精度和稳定性较好。对于压实度影响因素来说，环刀法和灌砂法对含水率的变化较为敏感，而核子密度仪法对压实功和颗粒级配的影响检测比较精确。在施工现场可根据不同的影响因素选定合适的检测方法。
        参考文献：
        [1]公路路基路面现场测试规程：JTGE60—2008[S].北京：人民交通出版社，2008.
        [2]高璋生.公路路基压实质量控制指标的探讨[J].福建建材，2013（11）：49-50.
        [3]松岗元.土力学[M].罗汀，姚仰平，译.北京：中国水利水电出版社，2001.