基于静载试验的高速公路土质路基压实度测定方法

■广东省高速公路有限公司深汕西分公司扩建管理处 王鹏

当前，由于公路建设逐渐向山区伸展，高速公路土质路基已成为较为普遍的公路路基之一。为确保土质路基能够实现高速施工以及高质量测定，需设计可靠的新式高速公路土质路基测定技术，但目前的高速公路土质路基压实度测定仍旧使用传统的测定方法，创新程度较低，无法适应不断发展的测定模式，在测定过程中对路基的损害较大，且测定的结果精准程度较低，无法适应高速公路土质路基压实度的快速测定需求[1]。

针对上述问题，本文提出一种基于静载试验的高速公路土质路基压实度测定方法，结合高速公路土质路基压实度检测状况进行初始数据分析，同时结合现有路基压实度测定技术进行技术检验操作，提升技术的创新程度，加强对路基材料的管理；根据路基混合材料的特性判断其对压实度测定的影响，按照相应的测定模式进行测定研究，获取精准的测定数据。

基于静载试验的高速公路土质路基数据分析

不同级别的高速公路土质路基土石材料在经过压实后的受力性质不同，在路基含石量不断增加的情况下，混合土石材料的骨架特征明显程度不断提升，当含石量在25%以下时，路基混合土石材料的受力特征与细粒土石相同，力的分布较为均匀；当内部混合土石材料含石量在80%以上时，粗颗粒的骨架特征形成，混合土石材料受力作用主要由粗颗粒承担，细颗粒起到相应的辅助作用，用来填充内部空隙。由于颗粒自身具有较强的固定性，有利于提升整体路基的承载力，此时的粗颗粒起到完全支撑骨架的作用；当内部混合土石材料含石量在100%时，内部缺少充足的细颗粒填充缝隙，土石材料形成完全骨架，路基表面的受力作用也由骨架完全承担[2]。因此，为有效发挥混合土石材料内部的粗颗粒的骨架作用，同时结合细颗粒的辅助填充作用，本文路基选用的土石混合材料的含石量在65%至85%之间，在此分配情况下，路基材料具有较强的稳定性，受力范围较为均匀，同时充分发挥了粗颗粒与细颗粒各自的作用，形成良好的路基基础材料[3]。

由于路基土石混合材料的压缩特征是确保路基稳固的关键指标，针对不同的土石混合材料含石量，其压缩性力学指标相应不同。路基内部土层的压缩形变主要包含内部土石部分自主压缩、颗粒空隙及气体压缩、颗粒空隙水与气体排放。其中，空隙数量缩减是造成路基内部土层压缩形变的重要原因，根据获取的形变数据判断不同路基材料对压实度测定的影响，保证基础数据的分析操作[4]。

基于静载试验的高速公路土质路基压实度测定方法

在实际工作过程中，需根据分析的路基基础数据，选择适宜的高速公路土石路基压实度测定方法。由于压实度是一种涵盖多元因素的复杂问题，本文将压实过程划分为材料排序过程、空隙填充过程、土石分离过程、巩固过程四个步骤。

上述过程同时进行，并且存在相互影响的关系。在材料排序过程中，根据压实装置的荷载方式重新排列土石颗粒，形成相应的排序过程；在空隙填充阶段，观察由不同大小的颗粒组成的路基土层内部，将较小的颗粒沿着空隙，在外推力的作用下被填充至较大颗粒之间孔隙，实现空隙填充[5]；在土石分离过程中，由于土层内部颗粒之间被大量的水填充，需利用揉搓与外部压力的作用将土石之间的水压挤出来，实现土石的分离；在巩固过程中，由于路基表面将受到高速冲击力，路基表层土石颗粒破碎，进而被填充至内部材料的空隙中，由此巩固路基基础[6]。

生成上述过程步骤，将导致单位体积内土石材料颗粒数量的增长，降低空隙率，实现路基土体的压实。均匀粗颗粒土体与碎颗粒的压实，需要依靠土石颗粒的重新排序与颗粒接触区域局部破碎来实现。土石混合材料由粗颗粒与细颗粒混合而成，压实度在两者之间，压实过程是在压实装置施加的荷载压力下，粗颗粒与细颗粒重新排序，彼此靠近，挤出内部空隙气体，使单位体积内土石颗粒数量增长[7]。土石混合材料内部的含石量大小决定了土石颗粒的接触情况，不同土石材料含石量的压实过程不同。当土石材料内部含石量较少的情况下，土体颗粒间产生压挤，此时的压实主要由细颗粒内部的形变而产生。该类土石混合材料的压实特征与均匀土质相似，当土石材料内部含石量在40%以上时，土石材料内部粗颗粒相互挤压构成骨架，土石颗粒由原来的挤压转化为嵌挤，在嵌挤的同时，随着土石中的粗颗粒的破碎，破碎的程度根据含石量的情况而定，颗粒内部空隙由细颗粒与部分被压碎的粗颗粒共同填充；当土石材料内部含石量较大时，其路基挤压过程与土石填充过程大致相同，通过压碎土石内部粗颗粒，促使颗粒内部发生挤压，进而磨损内部颗粒形成颗粒位移，实现路基压实[8]。但在此过程中，其内部细颗粒数量较少，土石间的空隙无法得到填充，因此，本文在进行压实度测定的过程中，根据路基内部土石的颗粒度进行压实判断，选取粗细颗粒比例一定的材料执行路基压实度测定操作，同时单元体尺寸，获取相应的单元体示意图（图1）。

图1 单元体示意图

由于压实能够有效提升路基表面的强度，减少车辆行驶过程中对路基表面造成的形变影响，同时提升路基表层材料的不透水性以及表层稳定性。本文选用静压实、冲击压实与振动压实相结合的方法进行压实度测定，并设置静压实示意图（图2）。

图2 静压实示意图

在静压实下，压路装置依靠自身重量压实土体，在滚动压实的过程中，压路装置的压轮依据相应的静荷载以较为缓慢的速度滚压填充材料，在路基填充材料表面施以短暂时间的静压力。压轮下方填充材料在外力的作用下生成形变现象，部分被推向前方，同时一部分被压挤至外侧，另一部分被压挤向下。由于形变具有可逆形变与不可逆形变两种不同的形式，当外界荷载作用消失时，可逆形变情况下可恢复初始状态，不可逆形变情况下，土体体积缩小或形成塑性流动状态。同时，选用冲击压实作用将路基表层土体进行外力冲击操作，增强填充材料的稳固性，缩减材料内部空隙，并设置相应的冲击压实示意图（图3）。

图3 冲击压实示意图

选用振动压实的方式在路基表面形成振动荷载，强化路基表层的受力程度，同时加大对路基表面土石破碎数据的管理，将破碎的土石颗粒填充至内部土石空隙中，由此确保路基压实测定工作的顺利开展，同时设置振动压实示意图（图4）。

图4 振动压实示意图

根据上述操作实现对高速公路土质路基压实度的测定研究，完成整体测定操作。

实验与研究

实验设备

根据实验研究模型，设置相应的实验操作场景，为排除原有装置对实验结果的影响，本文在进行实验研究过程中对实验装置进行审核，改善传统实验装置整体性差、操作不便、不灵活的弊端，同时进行如下具体装置设计操作：

针对实验数据采集装置，控制实验数据采集速率的稳定性，根据接收装置的接收速率调整数据发射速率。选用量程为85kN的传感器作为数据位移的数据传输装置，管理实验数据的采集过程，同时整合收集的数据程序，实现数据的连续采集，并调整实验基槽，设置实验基槽示意图（图5）。

图5 实验基槽示意图

实验液压装置选用体积较小、重量较轻、便于移动的小型装置，有效发挥其压、拉双功能，对路基表面进油速度进行调整，进而调节不同尺寸的探头，根据不同的速率执行实验任务，调节液压装置的中心压强，配合相应的装置材料实现试验研究。

实验反力装置根据实验场地的具体情况进行设置，在确保实验场地能够提供足够的反力的条件下，为提升整体装置的灵活程度，选用洒水车进行反力数据的提供操作，选择的车辆最大载重为15t。为有效结合其他车辆，在实验过程中选择长度相同的槽钢，选用高强螺栓固定槽钢，将固定的槽钢作为实验反力梁进行保存。利用预留的螺栓固定实验千斤顶装置，同时连接整套悬挂装置与车架，确保不同装置处于紧密的连接状态中，有效提升实验装置的灵活程度。

根据具体的实验地面状况改进实验导杆，将实验导杆分成均匀的小段，进而更好地调整实验装置与实验场地之间的距离，并设置导杆尺寸示意图（图6）。

图6 导杆尺寸示意图

分配位移计的连接位置，调节位移程度，同时增加内部位移距离，减少位移计与装置的直接接触次数，缩减装置的占用面积，有效扩大实验的操作空间。分别调节装置的连接紧凑程度，根据不同的装置形状分配装置的存储位置。

调节实验探头的测定状态，同时调整不同模式的实验操作装置，对比不同的内部模型探头，选取形状为圆形的探头作为实验探头，通过对比分析实验场地的基础操作模式。

实验操作过程

根据实验操作装置，选择适宜的实验对象，截取一段高速公路土质路基。首先将路基表面规整平缓，并将实验路段划分为若干个相同的实验区域，选用尺寸不同的探头进行实验研究。

组合实验装置，将反力梁安装至实验车辆底部，同时连接实验装置，结合不同的部件功能执行实验任务操作。调整部件的连接模式，加强对现场装置的管理。进行静载贯入研究，选取圆形探头在实验区域内执行实验指令。在实现初始装置准备后，启动抽油泵装置对实验区域进程抽油操作，分析探头与路基紧密连接后的状态，同时平衡采集数据之间的关系，加强对车辆载重的管理，调节进油阀门的进油平衡。将实验探头以平稳的速率压入土质路基中，控制压入深度为30mm，整个实验过程选用动态装置测量收集数据，直至试验研究完毕。

分析不同实验点的数据情况，控制位移计的移动状态，加强对位移计的调节力度，针对不同的实验区域选用不同的实验研究装置进行实验调节操作，在实现一个实验区域的实验后，控制实验装置探头与位移计的距离，同时移动实验车辆，划分实验路程，根据不同的实验区域设置不同的实验测试点。

整理尺寸不同的探头装置，采取力学模型获取土质路基压实度检测模型，并利用相应的计算模型对实验数据进行计算测定，再与传统测定方法进行对比，探究测定方法的可靠性与精准程度，获取实验结果如图7所示。

据图7所示，本文方法测定结果A的拟合曲线与实测点相似程度较高，表明本文测定结果精准程度最高。而传统方法测定结果B、C、D的拟合曲线与实测点的相似程度较低，测定精准程度较低。

图7 实验结果图

由此可知，本文测定方法具有较强的测定能力，能够在不同的实验环境下进行测定研究，测定精准程度较高。同时，由于本文在测定方法构建的过程中不断强化对土质路基的数据获取力度，进而提升测定的可靠性与科学性，能够更好地提高测定的有效程度。

结语

本文针对目前的高速公路土质路基压实度测定方法、测定结果精准程度较差的问题，调整测定方法存在的问题，对高速公路土质路基压实度测定方法进行了分析研究，并得出下列结论：

一是经过实验研究，研究不同路基实验探头形状对静力贯入曲线的影响，由此确定高速公里土质路基压实度测定装置的探头形状以及基础直径长度，可知测定装置探头的形状为圆形，直径大约在75mm左右，能够为本文实验研究提供坚实的数据基础。

二是结合本文实验研究，深入研究土质路基在静载情况下的变形条件，根据路基压实度的内部孔隙与路基变形之间的相关关系构建形变模型，同时加强对关系变化的描述，能够有效提升研究结果的有效程度。

三是考虑在不同条件下路基的压实度变化，同时引入分级调节的理念构建基于静载试验的路基表面土石位移基础模型，由此计算出路基的移动范围，能够提高测定的精准程度。

四是根据土质路基表面荷载位移曲线，分析路基表面土石位移运算模型分析路基变化趋势，同时加强对内部变化曲线的管理程度，引入曲线拟合方案，整合路基孔隙数据，进而获取相应的路基压实度测定方法，提升整体测定研究的可靠性。