公路路基压实质量GeoGauge 与灌砂法检测相关性分析

2022-09-01张孟强ZHANGMengqiang刘树阁LIUShuge王贺WANGHe杨广庆YANGGuangqing

价值工程 2022年25期

张孟强ZHANG Meng-qiang；刘树阁LIU Shu-ge；王贺WANG He；杨广庆YANG Guang-qing

（①河北省高速公路京雄筹建处，保定 071799；②石家庄铁道大学，石家庄 050043）

0 引言

土壤模量刚度仪GeoGauge 是一种便携式的快速测量结构刚度和杨氏模量的测试仪器，可以评价各路基压实层的压实质量，而不阻碍或干扰路基施工，可实现无破损、安全的压实质量评估[1][2]。目前高速公路路基常用的压实质量检测指标是压实度，为了探讨基于GeoGauge 检测的路基刚度指标与压实度的相关关系，本文以京雄高速公路河北段SG1 标建设工程为依托，使用GeoGauge 和灌砂法对粉砂土路堤和水泥土路床进行路基压实质量检测，探究了GeoGauge 检测刚度值和灌砂法检测的压实度与碾压遍数之间的关系，并通过回归分析研究了两种检测方法的相关性。

1 粉砂土刚度Kgr 与压实度K 的关系

1.1 现场检测方案

京雄高速公路SG1 标段的路基试验段填料有粉砂土和水泥土两种，路堤填料为粉砂土，台背和路床填料为水泥土，采用26t 滚轮压路机进行碾压。现场在施工过程中采用灌砂法控制路基压实质量，根据现场的施工进度[3]，选择在桩号里程为K11+500~K11+600 处的路基作为试验段。从K11+500 断面开始，每10 米布设一个检测断面，每个检测断面布设4 个检测点，并对每个检测点进行统一编号，喷漆做好醒目标记。按照先GeoGauge 后使用灌砂法的检测顺序，进行点对点检测，从施工碾压开始至满足设计要求的施工全过程进行数据采集。

1.2 试验结果分析

1.2.1 粉砂土碾压遍数与压实度的关系

图1为每碾压一遍各断面检测点压实度的平均值。由图可以看出，随着碾压遍数的增加，检测点平均压实度呈增大趋势，但是增长幅度逐渐减小。相较于第1 遍碾压，第2 遍碾压后平均压实度提升15.0%；第3 遍相较于第2 遍，平均压实度提升15.5%；第4 遍相较于第3 遍，平均压实度提升8.3%；第5 遍相较于第4 遍，平均压实度提升3.3%。由此可知，在前4 遍碾压过程中，压实度的提升幅度较大，最后一遍碾压，压实度的提升幅度较小，说明当路基土体经过一定遍数的碾压后，土体颗粒之间已经相互挤密，土颗粒重新组合的空间已经很小，压实度的提升也就较小。

图1 粉砂土碾压遍数与平均压实度的关系

为了更清晰地看出随着碾压遍数的增加各检测点压实度的变化情况，图2 展示检测点随着碾压遍数的增加其压实度的变化趋势以及各检测点压实度与碾压遍数之间的关系。从图中可以看出随着碾压遍数的增加灌砂法检测的路基压实度增大的同时离散度逐渐减小，说明随着碾压遍数的增加，在提高了路基土体的压实度的同时，降低了路基施工的变异性，提高了路基压实均匀性。

图2 粉砂土各检测点碾压遍数与压实度的关系

1.2.2 粉砂土碾压遍数与刚度的关系

图3为每碾压一遍各断面检测点刚度的平均值。由图可以看出，随着碾压遍数的增加，检测点平均刚度值呈增大趋势，与压实度的走势一致。相较于第1 遍碾压，第2 遍碾压后平均刚度提升91.6%；第3 遍相较于第2 遍，平均刚度提升32.9%；第4 遍相较于第3 遍，平均刚度提升17.6%；第5 遍相较于第4 遍，平均刚度提升7.5%。由此可知，GgeoGauge 检测刚度值与灌砂法检测的压实度随着碾压遍数的增加，存在相同的增长规律。两者都是在前4 遍碾压过程中，检测值提升幅度较大，最后一遍碾压，检测值提升幅度较小。说明GeoGauge 用于粉砂土路基压实质量检测具有可行性。

图3 粉砂土碾压遍数与平均刚度的关系

同样为了更清晰地看出随着碾压遍数的增加各检测点刚度的变化情况，图4 展示检测点随着碾压遍数的增加其刚度的变化趋势以及各检测点刚度与碾压遍数之间的关系。从图中可以看出，相较于灌砂法，GeoGauge 的检测结果更加稳定，原因可能是灌砂法在检测过程中受环境因素和人为因素影响较大，而GeoGauge 在检测过程中受人为等因素的影响，同时也说明了GeoGauge 用于路基压实质量检测的优越性。

图4 粉砂土各检测点碾压遍数与刚度的关系

1.2.3 粉砂土压实度K 与刚度Kgr的关系

通过对上述压实过程中两种检测方法所测得的数据进行回归分析，得到了粉砂土压实度K 与刚度Kgr的相关关系。由此可以看出，GeoGauge 检测刚度值与灌砂法检测的压实度之间存在良好的对数关系，判定系数为0.9661。

2 水泥土刚度Kgr 与压实度K 的关系

2.1 水泥土碾压遍数与压实度的关系

图5为每碾压一遍各断面检测点压实度的平均值。由图可以看出，随着碾压遍数的增加，检测点平均压实度呈增大趋势，但是增长幅度逐渐减小，此结果与粉砂土的试验结果一致。相较于第1 遍碾压，第2 遍碾压后平均压实度提升8.8%；第3 遍相较于第2 遍，平均压实度提升6.4%；第4 遍相较于第3 遍，平均压实度提升4.6%；第5遍相较于第4 遍，平均压实度提升1.6%。

图5 水泥土碾压遍数与平均压实度的关系

为了更清晰地看出随着碾压遍数的增加各检测点压实度的变化情况，图6 展示检测点随着碾压遍数的增加其压实度的变化趋势以及各检测点压实度与碾压遍数之间的关系。从图中可以看出，在水泥土中随着碾压遍数的增加灌砂法检测的路基压实度增大的同时离散度逐渐减小，与粉砂土的试验结果一致。说明随着碾压遍数的增加，在提高了路基土体的压实度的同时，降低了路基施工的变异性，提高了路基压实均匀性。

图6 水泥土各检测点碾压遍数与压实度的关系

2.2 水泥土碾压遍数与刚度的关系

图7为水泥土路床每碾压一遍各断面检测点刚度的平均值。由图可以看出，随着碾压遍数的增加，检测点平均刚度值呈增大趋势，与压实度的走势一致。相较于第1 遍碾压，第2 遍碾压后平均刚度提升50.7%；第3 遍相较于第2 遍，平均刚度提升26.1%；第4 遍相较于第3 遍，平均刚度提升15.6%；第5 遍相较于第4 遍，平均刚度提升5.2%。由此可知，在水泥土路床上GgeoGauge 检测刚度值与灌砂法检测的压实度随着碾压遍数的增加，存在相同的增长规律。两者都是在前几遍碾压过程中，检测值提升幅度较大，最后一遍碾压，检测值提升幅度较小。说明GeoGauge 用于水泥土路基压实质量检测具有可行性。