道路工程中压实度的检测方法及比较分析

2022-12-01黄泽群肖梓莹

广东建材 2022年11期

黄泽群肖梓莹

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

发展交通强国需要有四通八达的交通网为基础，修建安全可靠、行车舒适的道路则是交通网的重要组成部分。道路一般由面层、基层、垫层、土基组成，在修建过程中需要进行分层回填并对相关指标进行检测，检测合格才可进行下一结构层材料回填。其中，压实度检测是必不可少的一项检测工作，充分压实路基、路面结构层可保证路基、路面的刚度、强度、稳定度以及平整度等性能，有利于提升道路质量，延长道路的使用寿命。压实度一般表示施工现场的土或其他筑路材料经过压实后采用相关检测方法测试得到的最大干密度与室内标准击实试验获得的最大干密度的比值[1]，压实度结果可用于表征施工现场的土或其他筑路材料压实后的密度状况，压实度结果越高，表明该结构层的干密度越大，整体性能也更加优异，因此，压实度是道路工程中施工质量检测的关键指标之一。

道路工程中压实度的检测包括室内标准击实试验获得的最大干密度和施工现场检测的最大干密度，前者通常采用重型击实法、重型振实法等方法，而后者可采用的检测方法较多，包括灌砂法、灌水法、环刀法、核子仪法、落锤法、瑞雷波法等方法。本文将对灌砂法、灌水法、环刀法、落锤法、核子仪法、瑞雷波法的检测原理、操作步骤展开阐述，并归纳了各种检测方法的特点以及对其中几种检测方法进行了对比分析，以期为工程人员提供参考。

1 压实度检测方法

1.1 灌砂法

灌砂法是目前检测压实度最为常见的方法之一，也是现场检测的标准方法，适用于测量细粒土、砂类土、砾类土的密度。在进行灌砂法试验时，首先需要测定粒径为0.25mm～0.5mm 量砂的密度，将装有量砂的灌砂筒置于体积已知的标定罐上方，通过测量标定罐中量砂的质量计算量砂的密度；接着在待测区域选择面积40㎝×40cm 的平坦场地并将表面清扫干净，放置基板并使用工具沿着基板中央的孔进行凿洞，洞壁应具有良好的光滑度、平整度且保持笔直，凿洞深度为下一结构层表层，凿出的土需全部收集起来并取一部分试样测试其含水率；然后将灌砂筒置于洞口处并打开开关使量砂填满凿洞，测算填入洞中量砂的质量并推算出其体积，则此体积即为凿出土的体积；最后根据凿出土的质量、含水率、量砂的体积即可计算出现场土样的最大干密度，并根据室内击实试验获得的标准最大干密度即可计算出压实度。

灌砂法的试验原理比较简单，操作步骤较多，在实际操作时存在一定难度，压实度结果容易出现误差，进而引发质量检测、施工部门以及监督单位之间的争议，因此需要检测人员具有良好的检测习惯且严格按照规范认真进行试验，多点取样取平均值。

1.2 灌水法

灌水法与灌砂法的试验原理以及操作步骤比较相似，灌水法适用于现场测量粗粒土和巨粒土的密度。在进行灌水法试验时，首先同样需要选择面积为40cm×40cm 的平坦场地，清除表面未压实的土层，整平测点处的地面并用水准尺检查；接着根据土层中颗粒的最大粒径确定试坑的目标直径和目标深度，按照试坑的目标直径确定坑口轮廓线，在轮廓线内下凿至目标深度并将凿出的土全部收集起来，取代表性试样测试含水率；待凿好试坑后，根据试坑的直径放上相应尺寸的套环，用水准尺检查是否处于水平位置，将塑料薄膜与试坑内侧紧密贴合；然后记录储水桶内初始水位高度，打开开关使水缓慢注入塑料薄膜内，待水面与套环上边缘位置齐平时则立即将开关闭合，记录此时储水桶内水位高度；最后根据灌水体积计算出试坑的容积，并结合土的质量、含水率结果推算出现场试验的最大干密度，再根据室内压实试验获得的标准最大密度便可得出压实度。

1.3 环刀法

环刀法是测量现场密度的传统方法，主要用于测量不含砾石的素土以及无机结合料稳定细粒土的密度，不适用于含有粒料的稳定土及松散性材料。其检测原理是使用体积、质量均已知的环刀在土层中选取土样，然后测量土样的质量以及含水率，根据环刀的体积、土样质量和含水率结果计算土样的干密度，再根据室内击实试验获得的标准最大干密度即可得到土层的压实度。由于土层碾压后土体的密实度从上至下呈逐渐减小的趋势[2]，环刀法的检测结果仅代表环刀内土样所在深度范围内的平均干密度，无法代表整个土层的干密度，因此在取样时应具有随机性还应确保测点土样与送样土质相同以保证检测结果的精度以及准确度。

1.4 落锤法

落锤法是利用落锤频谱式快速测定仪来检测土层的压实度，是当前应用比较频繁的一种检测方法[3]，其基本工作原理是通过落锤的自由下落，冲击地面使土体表面产生反弹力，通过传感器接收土体的反弹力并将其传送至计算仪器中，经过仪器运算可获得待测土层的压实度，工作原理流程图如图1 所示，在施工现场或实验室土槽内皆可使用。通常情况下，反弹力越大土层的压实度越高，反之则越低。

图1 落锤频谱式快速测定仪原理图[4]

1.5 核子仪法

核子仪法适用于检测土壤、碎石、土石混合物、沥青混合料等材料的湿密度与含水量。测试湿密度的基本工作原理是利用铯137 伽马源向待测材料释放伽玛射线，其中一部分射线被待测材料吸收而另一部分射线则会穿透待测材料，能够穿透待测材料的射线可被安装在仪器内的盖革-密勒计数管检测到，当较多的射线被材料吸收而较少的射线穿透材料时，计数管读数较小则表明待测材料的湿密度较大，反之则表明待测材料的湿密度较小。测试含水量的基本原理是利用镅241/铍中子源向待测材料释放高能中子射线，高能中子与氢原子碰撞后迅速失去能量而变成低能中子，当待测材料的湿度较高时，氢原子数量则越多，当射线穿过时，将产生较多的低能中子，由于仪器中的含水量检测管只检测低能中子，因此检测管计数越大则表示待测材料有较高的含水量，反之含水量较低[5,6]。最后，利用测出的湿密度、含水量结果计算出材料的干密度，并与室内试验获取的标准最大干密度进行比较得到密实度。

1.6 瑞雷波法

瑞雷波是地震波中的一种面波，在分层介质中传播具有频散特性而在均匀介质中传播则没有，而且瑞雷波的传播速度与介质的密度具有相关性，因此，根据实测的频散曲线可对层位进行划分并计算各层的速度值，通过各层的瑞雷波速度值与密度值的关系可计算各层的压实度。实际检测时，测点应选择在地势较平坦的待测地段，接着以测点为中心点将两个传感器对称放置在地面上，然后用激振锤垂直敲击地面，利用计算机收集产生的信号，为提高试验准确性每一个测点需要敲击5 次以上，最后对获得的数据进行分析并计算出压实度[4]。

2 压实度检测方法比较

随着检测技术的发展，道路工程中路基压实度的检测方法也较多，各种检测方法有其各自的特点，表1 归纳了几种检测方法的特点。因此，有诸多科研人员、工程人员通过对同一区域的土层采用多种方法进行检测，对比压实度结果的差异并分析了其中原因。

表1 不同检测方法的特点

董海文等[7]以长沙市某道路为例，采用灌砂法和瑞雷波法来评估路基压实度，结果显示两种检测方法测出的压实度值相近，相对平均误差为2.31%，平均绝对误差为2.43%，同时指出瑞雷波法的检测数据比较稳定、检测速度快、对路面没有损坏。刘晓敏[8]同样采用灌砂法和瑞雷波法进行检测，结果显示两种检测方法的结果基本一致，误差均小于1%，由于瑞雷波法是无损检测，在检测路基的填筑质量时不会对路基造成破坏，同时检测结果表示为一定范围内路基压实度的平均值，检测结果更能反映实际情况。

毛志勇[4]以宁波市某市政道路路基为研究对象，分别采用灌砂法、环刀法和落锤法检测路基压实度，结果显示三种检测方法得出的结果相差不大，并且环刀法、落锤法的检测结果与灌砂法检测结果具有较好的相关性。除此之外，研究发现灌砂法检测的压实度结果会出现大于100%的现象，这是因为测点的土样与所测最大干密度的代表土样存在差异，另一方面则可能是检测人员操作不当造成的误差；在采用环刀法检测时，需要取碾压层中间的土，其结果才会与灌砂法检测结果相近，由于环刀容积小容易导致测试结果发生突变，因此应随机选择测点且测点需具备一定的代表性；而落锤法的检测结果相对稳定，受人为因素的影响相对较少，但对土体的适用性和准确性需要进一步研究。

高顺峰等[9]以某公路工程为例，分别采用灌砂法与核子仪法检测了不同压实区域内素土路基和不同石灰含量灰土路基的干密度，将两种方法的检测结果进行相关分析和回归分析，结果显示这两种检测方法得出的检测结果非常接近，而且误差满足相关规范要求，并且数据离散性较小；采用盒形图分析发现这两种检测方法各自检测结果的中值、内距、极差均比较接近，数据特征一致。因此，利用核子仪法检测路基压实度具有较高的可靠度，同时核子仪法是无损检测方法，检测速度快、效率高、能够降低检测人员的工作强度且不影响工程进度。常中飞[10]通过试验亦表示核子仪法能够简单方便、准确快速的测试路基的压实度以提供第一手资料，在检测过程中相较于灌砂法更加安全。