基于EVD的一种土石方填筑压实度快速检测方法研究

叶田娇

摘 要：土石方填筑路基的压实质量，不仅影响整个路基的抗变形能力以及承载能力，同时，对于路基的使用寿命以及相关服务水平也起着至关重要的作用。以往对土石方填筑路基压实度的检测方法，采用灌水法、环刀法以及灌砂法等，这些检测方法不仅需投入大量的人力、物力，而且操作相当复杂，重要的是检测时间较长。基于此，为验证基于EVD的一种土石方填筑压实度的快速检测方法以及其可行性，我们在正在施工的临渭高速施工现场，选取不同路基填料完成实验室检测，并建立EVD与压实度之间的相关关系，从而快速、准确的检测路基的压实度。本文分别对不同路基，如红沙岩路基、页岩土，粉土路基以及红砂岩路基进行检测，并建立EVD与压实之间的关系，证实具有良好的相关性。

关键词：EVD;土石方填筑;压实度;快速检测

0 引言

土石方路基如果压实不充分，必然会导致工后沉降的过量产生，从而引发路基路面病害以及一系列工程隐患等问题。就土石方填筑路基而言，填料的具体组成成分以及压实成型是决定工程质量好坏的重要因素。由于本研究项目为重庆某市政道路项目，地质多变，通常路基填料以页岩土、盐渍土为主，为此，缺乏优质的路基填料，成了重庆市公路建设过程中长期以来面临的问题。在此条件下，能够合理、有效检测路基压实度，进而控制路基指标，成为该地区建设公路路基质量控制的唯一途径。然而随公路建设进程的不断加快，路基压实质量控制的种种不足日益凸显，主要表现为检测过于单一，片面化。从静态指标来看，路基压实质量测量不够客观合理。为此，有必要采取动静结合、指标互补的检测方案，来控制路基质量，同时扩大检测范围、细节部位，增强监测频率。本文通过便携式动态变形模量测量仪，将所检测到的动态变量模量即EVD与路基压实度之间建立一系列相关关系，进而高效、快速的得到路基的压实度，对土石方填筑路基压实度的控制来说，具有良好的优势，值得同行应用借鉴。

1 土石方混合料性质

1.1 土石方材料定义

土是由地壳表层的岩石在自然界中阳光、空气、水以及各种生物的共同作用下形成的产物。随时间的推移以及地质环境的不断演变，岩石逐渐被堆积、分裂，搬运，而后形成形状、成分以及大小不同的颗粒结合体。岩石是构成地壳的自然物体，同时也是一种矿物或多种矿物组成的共同集合体，通常岩石较为坚硬，经过长期地质运动和造岩过程，岩石会逐步形成不同节理裂缝、层理等多种结构面。土石方混合料是由表面层土及岩石在外力作用下形成的。目前针对土石方混合料没有明确定义。按照国家公路土工试验规程，将土石方定义为：在土石方混合料中，巨粒土是巨料组质量多于总质量的5%，漂卵石是巨料组质量多于总质量的75%，石夹土是巨料组质量多于总质量的75%～50%，漂卵土是这巨料组质量多于总质量的50%～15%。通常巨料组质量少于总质量15%的土，可将其分为粗料土或细料土，粗粒土是粗粒组质量多于总质量的50%，砂类土是砾粒组质量小于或等于总质量的50%。

1.2 土石方混料分类

按照土石方中粗颗粒含量不同进行分类时，大多以粗颗粒含量70%以及30%作为分界点，当土石方中粗颗粒的含量≥30时，该工程特性主要决定于土石方混合料的细料，当土石方中粗颗粒含量在30%～70%时，其特性取决于土石方中粗颗粒和细颗粒的混合作用。从岩石不同进行分类时，可将土石方混合料分为以下二类：一是，强度低易风化类。这类混合料中矿物含量比较高，容易吸水且软化性较强，抗压强度一般低于15 MPa。在干湿循环过程中，极易破碎崩解。二是，强度及抗风化能力中等类。该类土石方中包含大多数泥板岩、泥质砾岩、凝灰岩等。其抗压强度介于15 MPa～30 MPa。这类岩石中矿物含量较低，一般低于5%。具有较强的抗氧化能力，但经吸水后，会出现不同程度的软化，但不会发生崩解破碎。按照土石方中最大粒径不同进行分类，相比细粒土，土石方混合料区别最大在于其粒径较大。国内习惯采用粒径为5 mm的土石方混合料，将其作为分界粒径，即细颗粒为小于5 mm，粗颗粒为大小5 mm，大量研究表明，土石方混合料的工程特性主要受粗颗粒含量的影响，而受级配变化和最大粒径的影响较小。因此，从工程应用方便的角度来看，土石方混合料粒径，其界限应划为应5 mm。

2 实验仪器及方案

2.1 实验仪器

本次实验中，所采用的仪器为德国生产的便携式动态变形模量检测仪，型号为HMP LFGpro型。该检测仪主要用于土石方填筑地基表面填平后，依次按照30 cm、40 cm、50 cm松铺厚度，对其路基进行碾压，检测其动态变形模量和弯沉值，进一步对路基抗变形和承载力进行客观评估。该设备操作简单，每个检测点只需两分钟即可实时检测路基抗变形及承载力。

2.2 实验方案及方法

第一，划分填料类型。为便于后续有效分析EVD与路基压实度之间的关系。在施工现场选择不同的路基填料，在实验室完成液塑限及筛分等相关参数的检测，以获得正确的土石方填料路基工程分类。

第二，快速、高效检测方案。测试仪的各个检测点，是基于路基压实程度进行布设的，尽可能对EVD数据的检测范围，实施多地扩散，能够快速给出相应路基的准确压实度，结合施工现场需要，釆用传统灌砂法，选取相应点进行进一步验证。对于重庆某市政道路k94+135处，该路基属于页岩土路基，該处各检测点之间的布设应相距10 m，以路基中心线为准，依次展开检测，同时检测范围应覆盖整个填筑路基的施工面。

3 分析实验结果

3.1 页岩土路段相关性测试

采用便携式动态变形模量测试仪，检测路基拱涵顶高填方段的压实度，对于涵顶填高设计为51 m，93区为本次检测路基层面，该路基为页岩土，表面填筑土石方，粒径为5 mm，最佳含水率和最大干密度，分别为12.2和1.87 g/cm³。

通过本次检测，共获得有效数据计48组，经建立EVD与路基压实度之间的关系后，结果发现两者呈线性关系，其系数R2为0.968 8。依据国家有关公路路基设计规范的要求，高速公路土石方填筑下路基压实度必须≥93%，其上路堤的压实度必须≥94%，而路床压实度必须≥96%，因此，根据相关要求以及本次所测EVD与路基圧实度之间的对应关系，获得该土石方填筑路基压实度EVD控制下限值。除此之外，采用传统灌砂法和EVD，在施工现场选取不同点位进行验证，结果发现两种方法所测路基压实度值之间接近，不存在大的偏差，将利用灌砂法所测的数据设为真值，两者之间误差全部小于1%，表明利用EVD检测该路基的压实度，既快速又准确可靠。

3.2 粗砂路段相关性分析

釆用便携式动态变形模量测试仪，检测高填方路基压实度，填高设计为30 m，现填高32 m，检测层面为94区，原路基为粗砂，填料為粒径5 mm的土石方，最佳含水量和最佳干密度为，10.3和1.95 g/cm³。本次有效检测数据为37组，建立EVD与路基压实性之间的关系，发现两者呈线性相关，其系数R2为0.936 8。依据国家公路路基设计规范，要求高速公路路堤压实度≥93%，上路堤压实度≥94%，路床压实度≥96%，为此，通过建立EVD与压实度之间的关系，获得该路段土石方填料路基压实EVD控制下限值。在施工现场釆用传统灌砂法，在对应点进行测试，结果发现，釆用快速EVD测试与灌砂法结果相近，两者对应位置测试相差>1%，表明未压实路基对EVD快速检测法有一定影响，但对判断路基压实质量是否合格无影响。在施工现场，可通过多釆集测试点的平均值，来消除影响，这在一定程度上反映了EVD快速检测的优势。

3.3 不同碾压遍数与表面沉降量、路基回弹模量之间的关系

土石方填料过程中，不同碾压遍数和不同松厚度铺设下测量表面沉降量。结果发现，随碾压遍数的增加，土石方混合料各松土厚度表面沉降量迅速增加，之后逐渐减慢，随松土厚度的不断增加，累计表面沉降量逐渐增大，当对路基碾压达6遍时，路基沉降量基本趋于稳定。从不同碾压遍数与路基回弹弯沉的关系来看，随碾压遍数的增加，土石方混料不同松土厚度，其弯沉值变小，表明该路基的抗变形能力不断提高，承载力也随之提高。当松土厚度为60 cm，碾压遍数为6遍时，路基表层有所回弹，由此可说明，当碾压机具一定时，随着碾压遍数的增加，土石方路基的承载力不会受到任何影响。

4 小结

总之，通过釆用便携式动态变形模量测试仪对某高速公路施工现场，不同路基填筑土石方路段，釆用EVD进行路基变形模量测试，建立EVD与路基压实度之间的关系，并将结果与传统灌砂法测试结果相比，得到相关关系式。进一步验证EVD快速检测法与传统检测法的一致性，误差范围能够满足相关要求，因此，基于EVD的一种快速检测土石方填筑压实度的方法，能够对控制进度有所加快，实现施工现场的动态控制，是一种快速检测路基压实度的方法。

参考文献：

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