隧道弃渣填筑高速公路路基及压实度的测定

高宇

摘要：利用隧道弃渣作路堤填料，不仅可降低公路建设成本，还可保护当地的生态环境，具有显著的经济与社会效益。本文提出用随车式压实度实时连续检测系统来测量路基的压实度，其优点在于方便、快捷、准确的对压实度进行全面连续检测，以便于进行压实质量控制。该成果可直接应用于路基土压实工程，可提高压实效率，减轻压实度检测工作量，便于压实质量控制。

关键词：隧道弃渣；压路机；检测；压实度；加速度

1.概述

随着国家西部大开发的不断推进和国家高速公路网的不断完善，山区高速公路建设越来越多，在不同地区高速公路建设过程中桥隧所占比例逐步提高。然而这些隧道所产生的大量弃渣，常见的处理方法是简单的将隧道弃渣堆砌，堆放于公路路基两侧或附近临河、沟谷区域，这种方式不仅占用了大量的土地资源，也对当地的自然环境造成了极大的破坏，增大水土流失、破坏植被、预埋安全隐患。因此，将这些隧道弃渣重新利用，对于公路建设的成本降低、生态环保具有重要意义。

对于在公路施工中，压实是整个工序至关重要的一环，压实度是否合格是判定工程质量优劣的一条重要标准 。传统的压实度检测技术存在一些缺点，如取样点少、代表性差，不能提供全面的压实信息；费工、费时、劳动量大、费用昂贵；需要熟练的操作技巧，试验结果复现性差；无法在压实过程中测量或估计压实的程度，压实不足或压实过度，所以人们一直在寻求一种能够在压实过程中连续对压实度进行测量的方法。本文提出随车式压实度实时连续检测系统，利用ICP 加速度传感器连续测量路基压实度，并通过实验来验证该方案的可行性 。

2.理论分析

压实过程就是增加单位体积内土壤颗粒的数量，减少孔隙率的过程。

振动压路机在作业时，因振动轮的振动使其对铺层材料作用一个往复冲击力，振动轮对铺层每冲击一次，被压实材料中就产生一个冲击波。同时，这个冲击波在被压实的材料内沿着纵深方向扩散和传播，被压实材料颗粒之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态。所以在进行振动压实时，在被压材料层中作用有内力和外力。内力包括料粒间的粘结力、摩擦力和料粒的重量； 外力包括由于振动作用传递给被压材料颗粒的惯性力和上层材料的重力。

材料受强迫振动后，由于各料粒的质量及所处的位置不同，所产生的惯性力也就不同。此时，料粒间的粘结膜发生张紧现象，若惯性力不大，难以克服料粒间的摩擦力和粘结力，则各颗粒仍处于原始位置；若惯性力很大，足以破坏颗粒间的摩擦力和粘结力，在这种情况下，料粒在其自重力和上层物料重力的作用下相互脱离，发生位移，就会占据最低稳定位置，排除气相和液相，互相楔紧、挤紧、达到密实 。

3.现场试验

为了验证所提方案的可行性，需要进行现场实验。所需主要设备有：18t振动压路机1台ICP加速度传感器一个，数据采集仪等。先把加速度传感器如图1所示安装到振动轴或最能反映振动轮振动情况的位置上，随后把数据传输线接到采集仪ICP接口上，再把笔记本电脑与采集仪用网线连接好，打开数据采集软件， 设置好采集参数准备现场采集，在压路机振动轮起振时，开始数据的采集。本实验采集仪型号是DH5901，2通道动态数据采集、通道带宽0～200kHz、A/D分辨率12Bit、最大静态误差：≤±0.3%，采集软件为DHSDAS5901。现场采集数据时，如果出现自谱窗口显示高频部分幅度过大或其他不太正常现象，应及时调整传感器的位置、排除干扰源。

图1 加速度传感器安装位置

4.试验结果分析

在本实验中我们采取用灌砂法测定其压实度，压路机每碾压一遍，选取三个点进行标定， 表1为压实度与碾压遍数的关系。

表1 压实度与碾压遍数的关系

碾压遍数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

压实度（%） 75.3 81.9 86.7 91.6 93.2 95.5 97.1 98.2 97.1 96.8

从上表可以看出，随着碾压遍数的逐渐增加，压实度的不断变大且压实度的增量越来越小，压到一定程度后压实度不会再增加，而过多的碾压可能会导致压实度的下降。

据现有技术水平和对采集的振动加速度信号的分析和处理，我们可以用振动加速度信号来反映压实度值，其方法主要有下面两种：直接分析信号幅值或有效值的幅值法和对信号进行频谱分析的谐波法 。本文采用有效幅值法进行试验。

加速度传感器输出的是电压信号，所以采集到的电压信号大小也就间接反映出了振动轮振动加速度的变化情况。随着振动压路机碾压遍数的增加，振动轮的振动信号的幅值或有效值也随着增加，对采集到的信号分析和处理后，得出加速度随着碾压遍数的变化如下表2所示：

表2 加速度有效值与碾压遍数

碾压遍数 1 2 3 4 5 6 7 8

加速度（ ）

28.1 34.1 37.63 40.08 45.45 52.83 52.18 51.93

从上表可以看出，随着碾压遍数的增加，激振信号有效值的确也在相应的增加，从而也证明了激振信號有效值可以反映出路基土壤的压实度。

路基对振动轮反作用力越大，加速度就越大，即在振动轮没有跳振的情况下，路基的压实度越好。这样就可以利用加速度的变化情况与用灌砂法测的压实度

进行对比，并建立一个数据库，形成内置专家系统，再通过软件编程即可实现压实度值的直接读取见图2。

图2 压实度与振动轮加速度之间关系图

根据图2可求出线性回归曲线为 ，此即有效加速度与压实度的关系，相关系数 ， ，认为加速度与压实度两个变量有很强的线性相关性。根据这一原理可以有效防止了“欠压”和“过压”的发生。采用这种方法可以实时地、有效地控制压实质量。

5.结论

（1）隧道弃渣作为建筑垃圾的一种，将它重新利用是一项科学而又环保的系统工程；

（2）利用加速度传感器测量路基压实度的方法是可行的；

（3）压实度连续检测技术可以再压实过程中测量和评估压实状态，有效地提高工作效率，保证工程质量，可获得明显的经济。

参考文献

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