基于EVD的机场路基分层压实度快速检测

程利力， 周 诚， 张 勇， 肖小进， 陈嘉锡

(1. 华中科技大学 土木与水利工程学院，湖北 武汉 430074；2. 武汉市市政建设集团有限公司，湖北 武汉 430023)

为保证机场运营过程中飞机快速升降的平稳性，往往在机场路基施工过程中对其压实质量要求极高[1]，传统检测手段常采用灌砂法、灌水法进行压实度检测，其指标易于理解，能较好地反映机场路基的强度和稳定性，但该检测手段耗费时间长且对路基有损，无法实现快速检测[2,3]。

目前，相关学者基于路基材料模量(刚度)进行压实质量表征。陈健壮等[4]通过分析不同最大粒径的动态变形模量Evd与压实度相关关系，为压实质量快速检测提供了一定思路。雍少宁等[5]建立了不同路基材料的Evd与压实度的相关关系，从而实现压实度的快速检测。王龙等[6]采用落锋式弯沉仪检测技术进行快速无损检测，并对路基压实进行均匀性评价。马健翔[7]分析了不同温度及不同龄期下沥青路面Evd与压实度的相关关系，从而实现压实质量快速检测。江松[8]针对大粒径无黏性土石混填路基，利用EVD检测技术进行压实质量评价。周德泉等[9]针对重复压缩-回弹条件下土石混填体进行压实指标相关性分析。吴龙梁等[10]通过建立压实度与动态变形模量的多元回归分析模型，从而实现连续压实质量。Rafiei[11]等通过对不同压实度情况下的材料变形模量进行分析，研究表明动态变形模量与压实度和含水量具有良好的相关关系。现有研究多用于分析不同路基材料模量与压实度的关系，还未对同一材料不同碾压遍数以及不同碾压位置的差异性进行相关研究。

综上所述，本文以某通用机场飞行区扩建项目部分机场路基施工为例，通过建立Evd与压实度数据的相关关系，利用EVD检测技术对压实质量进行快速无损检测，并分析不同碾压遍数以及不同碾压位置的Evd分布差异性，进而为现场压实质量快速无损检测提供一定的参考。

1 工程概况

1.1 工程概况

本工程以某通用机场飞行区扩建工程项目为例，场地距长江左岸近，位于长江一级阶地，地形平坦；工程总面积约200万m2，施工场地范围广，场地平整和土方挖填工程量大，工程任务重，施工工期紧，项目主要施工内容包括扩建飞行区工程、航站楼以及相应配套设施工程等。图1为某通用机场飞行区地理位置。

图1 某通用机场飞行区地理位置

1.2 水文地质条件

本工程地质条件复杂，整个场区内广泛分布沟塘，场区内主要为低液限粉土或粉质粘土，场地中降雨为地下水的主要来源，其赋存于地表填土中，含水量难以控制，不易压实。

2 实验方案

2.1 组织方案

2.1.1 实验段区域

本飞行区扩建项目主要分跑道和滑行道；跑道区施工总宽度48 m，其中路面宽度45 m，每侧路肩各宽1.5 m；滑行道施工总宽度25 m，其中路面宽度18 m，两侧路肩各宽3.5 m。其中，实验段区域大小为16×100 m，具体位置如图2所示。

图2 实验段具体位置

2.1.2 现场施工工艺

现场施工工艺如下：首先，素填土路床填至设计标高；然后级配碎石分三层施工，从下向上依次第一层40 cm，第二层20 cm，第三层20 cm；接下来两层水泥稳定碎石层，均为18 cm厚；最后浇筑34 cm厚的水泥混凝土面层，共150 cm。

级配碎石分三层检测，本次实验选取第三层级配碎石作为实验段，施工采用22 t振动压路机进行碾压，采用振动压路机碾压4遍，终压采用钢轮压路机静压2遍以上，至无轮迹为止。

图3 现场分层施工工艺流程

2.1.3 实验段布点方案

根据现场实验段大小以及摊铺机宽度8 m，选择在每个碾压断面上平均间隔4 m布设一个点，在长度方向平均间隔10～20 m布设一个点，实验过程中用红色喷漆进行标记位置，测点布置如图4所示。

图4 实验段测点布置/m

2.2 检测方法

2.2.1 EVD检测方法

EVD技术测试原理是利用落锤从适当高度自由下落，进而传递至荷载板，使荷载板下沉，沉陷量越小，则被测点的承载力越大。EVD检测具体实验步骤如下：

(1)平整场地表面，将荷载板水平放置在检测路基上，适当旋转荷载板使其保持水平；

(2)连接测试仪进行数据存储，松开搬运锁，调整导向杆气泡使其保持垂直；

(3)开启测定仪电源，首先进行三次预冲击测试，然后进行连续三次冲击加载实验，取三次测量的平均值作为Evd值。

(4)打印检测结果，并进行下一次测试。

图5 现场EVD检测实施

2.2.2 压实度检测方法

按照JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》[12]，进行挖坑灌砂测试压实度，其测试方法步骤如下：

(1)在实验地点选取一块平坦场地，将基板放在表面并固定；

(2)沿基板中孔钻取约15 cm深度的试洞，将挖出的全部材料用洁净的搪瓷盘放置，并称取洞内材料质量mw；

(3)将灌砂筒装满标准砂并称取重量m1，然后放置在基板上，并打开灌砂筒开关让标准砂流满试洞内，称取灌砂筒内剩余砂的重量m2；

(4)将试洞内剩余砂进行筛分回收并进行下一次实验。

图6 现场灌砂法检测实施

2.3 实验结果

本次实验段处于第三层级配碎石，其中振动压路机碾压4遍，钢轮压路机碾压2遍以上，每碾压一遍进行相关实验，期间压路机等待或碾压其他非实验区域，不同碾压遍数的压实度检测在该点附近取样进行实验。

2.3.1 EVD实验结果

实验段每碾压一遍分别在横向4，8，12 m，纵向每隔10～20 m进行动态变形模量检测，每一遍共21个检测点，共采集碾压5遍数据，其检测结果如表1所示。

表1 现场EVD检测结果 MPa

2.3.2 压实度实验结果

实验段每碾压一遍分别在2，6，11，16，18，20检测点位置上进行压实度检测，每一遍共6个检测点，共采集碾压5遍数据，其检测结果如表2所示。

表2 现场压实度检测结果 %

3 压实度-Evd相关性分析

3.1 实验数据预处理

在实验数据预处理过程中，对30个实验数据点对应的压实度和Evd进行分析，现场压实度-Evd实验数据如图7所示。

图7 现场压实度-Evd实验数据

在第一、二遍的前期碾压过程中，表层存在较多大粒径碎石，其变形模量较大，导致Evd测量结果偏大：在第三、四遍及终压的后期碾压过程中，由于级配碎石不断碾压紧密，挖孔过程中大粒径的碎石不易挖出，标准砂灌入过程未能灌满孔隙，导致压实度测量偏大。因此在进行相关性分析时，对5，7，11，19，23号检测点的数据进行剔除，利用其他25组数据进行相关性分析。

3.2 压实度-Evd相关性分析

为了进一步研究Evd与压实度K之间的关系，将所测得的25组数据采用线性回归模型进行相应分析，其拟合结果和相关系数分别为：

图8 Evd-K相关关系

Evd= -174.2+214.1K，R2=0.773

实验表明，该实验段的Evd与压实度K存在较强的相关关系，利用EVD检测技术进行压实度表征是可行的。

4 基于EVD检测技术的压实质量评价

在机场路基施工过程中，均匀良好的压实度和刚度分布是施工质量的评价指标，然而由于机场路基填料自身存在不均匀性，同时压路机不同位置的碾压也存在一定的差异性，因此，可以通过EVD检测技术反映机场路基压实质量不均匀分布情况，进而对机场路基施工的整体质量进行评价。

4.1 横向不均匀性评价

机场跑道不同施工宽度方向的Evd分布情况即为横向不均匀情况，每组横向分别在4，8，12 m位置进行EVD检测，其中沿横向分布的情况如图9所示。可以看出，不同施工宽度方向上的Evd比较相近，其不均匀性较小。这是由于沿宽度方向的路基填料差异性较小，因此，在机场跑道路基施工中横向不均匀性较小。

图9 Evd横向分布情况

4.2 纵向不均匀性评价

在机场跑道不同施工长度方向的Evd分布情况即为纵向不均匀情况，其中沿纵向分布的情况如图10所示。EVD检测沿宽度方向分4，8，12 m三道进行实验，4 m段Evd分布在33～60 MPa之间，8 m段Evd分布在35～59 MPa之间，12 m段Evd分布在37～52 MPa之间。这是由于沿施工长度方向，不同位置机场路基材料自身存在一定的差异性，因此，在机场跑道路基施工中纵向不均匀性较大。

图10 Evd纵向分布情况

4.3 不同碾压遍数下的压实质量评价

图11列举了碾压第一遍、第三遍、第五遍的实验段Evd分布情况，整体来看，随着碾压遍数的增加，各检测点位置的Evd随之增大，但是可能某些薄弱区由于自身填料问题，会出现沉陷情况，导致随着碾压遍数的增加，其压实效果越差，可通过EVD检测技术及时对潜在薄弱区域采取换填措施。

图11 不同碾压遍数分布情况

5 结 论

本文以某通用机场飞行区扩建项目部分机场路基施工为例，对压实质量进行了相关研究，结论如下：

(1)实验表明，该实验段的Evd与压实度存在相关关系，利用EVD检测技术进行压实度表征是可行的；

(2)同一碾压遍数的不同位置压实质量存在一定差异，其碾压质量长度方向比宽度方向不均匀性大；

(3)随着碾压遍数的增加，非薄弱区Evd随之增大，薄弱区Evd越来越小，可利用EVD检测技术及时对潜在薄弱区域进行识别并采取换填措施，为现场压实质量快速无损检测提供一定参考。