隧道弃渣路基及压实度的测定

高宇

摘要：本文提出利用隧道弃渣重作路堤填料，这不仅降低公路建设成本，还可以保护当地的生态环境，有显著的经济社会效益。提出用随车式压实度实时连续检测系统来测量弃渣路基压实度，其优点在于快捷、方便、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，对保证压实质量有重要意义。本成果可实现产品化转化，在公路工程中有广阔的应用前景。

关键词：加速度；检测；隧道弃渣；压实度

1.概述

隧道产生的大量弃渣，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。

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 。由于碾压过程控制不当，在施工中经常出现压实遍数不够，达不到规定的压实度，因而要重新压实，影响工期；压实遍数过多，既不经济又可能导致压实度降低，同时也是对人力、物力的浪费。鉴于上述现象的存在，为实现对隧道弃渣的重新利用及其对压实过程实时控制，让工程施工人员和监理人员及时掌握施工现状，开发研究路基土压实度连续检测技术是很有必要的。因此，研究隧道弃渣填筑路基施工的方法及压实机械的压实度连续检测的技术是对建设生态环保高速公路具有重要意义 。

2.理论分析

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。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。

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.加速度传感器的选型、安装、试验

加速度传感器的种类繁多，有各种不同的分类方法，例如，接触式和非接触式，惯性式和参数式，压电式和应变式等。就加速度传感器的选择问题，我们可以从下面几方面来考虑：

（1）振动过程中得典型特点是位移小，速度小，力大、加速度大等，因此若加速度传感器要保证测量精度，则应该量值大，信噪比高。

（2）加速度传感器应该体积、质量都尽可能的小，这样对被测系统的振动特征影响较小，测试误差也较小。

（3）加速度传感器应适用于高频测量，因此要求其工作频带要宽，使其可以用于较高频率情况。

现场试验所需主要设备有：18t振动压路机1台，ICP加速度传感器一个，数据采集仪等。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。

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，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。表1为压实度、加速度有效值与碾压遍数的关系。

图1压实度、振动轮加速度随压实遍数变化图

从图1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，而过多碾压可能会导致压实度的下降。其次碾压遍数的增加，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号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3。

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。

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