摘要：探究公路地基壓實度影響因素及檢測方法，對保障公路的安全性和可靠性至關重要。依托南崗大道地基施工工程，以碎石土混合填料為研究對象，探究了含水率、振動機械的振動時間及振動頻率對混合填料試樣最大干密度的影響。分析不同壓實遍數(shù)下層厚壓縮率控制法指標的變化規(guī)律，并對該方法的檢測效果進行驗證。研究結(jié)果表明：含水率、振動時間及振動頻率均對填料的最大干密度有顯著影響，填料的最優(yōu)含水率在3%～7%，采用層厚壓縮率控制法能夠快速高效的對公路地基的壓實質(zhì)量進行檢測。

關鍵詞：公路地基；壓實度；檢測方法；層厚壓縮率控制法

0" "引言

公路是國家基礎設施的重要組成部分，其安全性和可靠性直接影響著國民經(jīng)濟的發(fā)展[1]。而公路地基的壓實度直接影響著公路的使用壽命和安全性[2]。傳統(tǒng)的地基壓實度檢測方法主要依靠人工測量和經(jīng)驗判斷，存在著主觀性強、效率低下等缺點[3]。因此對公路地基的壓實度進行分析和檢測具有重要意義。

目前，已經(jīng)有多位學者針對公路地基穩(wěn)定性檢測方法開展了相關研究，王海林等[4]通過采用便攜式動態(tài)變形模量測試儀，對甘肅不同地區(qū)路基填料的高速公路新建工程進行現(xiàn)場動態(tài)變形模量測試，建立了EVD與灌砂法測得的壓實度K值之間的相關關系。張榮等[5]以某公路建設項目填石路基施工為對象，通過試驗研究確定了碾壓遍數(shù)組合控制參數(shù)和壓實沉降差控制標準。鐘鵬飛等[6]研發(fā)了一種無損檢測技術(shù)全波場映像技術(shù)，用于檢測高速公路路基缺陷，通過有限元動力分析方法進行數(shù)值模擬和實驗驗證，證明了該技術(shù)在檢測高速公路路基缺陷方面的準確性和應用空間。

在現(xiàn)有研究中，針對路基壓實度影響因素分析和層厚壓縮率控制法的研究相對缺乏。鑒于此，本文依托某公路地基施工工程，對公路地基壓實度影響因素及檢測方法開展研究。研究成果可為公路的設計、施工和維護及提高公路的使用壽命和安全性提供科學依據(jù)。

1" "工程概況

本文依托南崗大道地基施工工程，該公路采用碎石土混合填料作為路基填筑材料，填料中粒徑大于60mm的碎石顆粒含量不少于50%。地基施工采用分層填筑，填筑厚度為0.5m，采用石料碼砌路基邊坡，以增強其穩(wěn)定性。所用石料強度不小于20MPa，最大粒徑小于80cm，碼砌厚度大于20cm。

2" "公路地基壓實特性影響因素分析

2.1" "含水率的影響

碎石填料的壓實特性直接影響著公路地基的穩(wěn)定性。在實際工程中，常采用振動壓路機對地基填料進行壓實，其原理是借助壓路機的重力和振動力的共同作用使填料達到密實狀態(tài)。影響混合填料壓實特性的因素主要包括填料自身的含水率、壓實機械的振動時間和振動頻率。

為探明含水率對混合填料壓實度的影響，制作不同含水率的試樣進行表面振動試驗，不同含水率下試樣最大干密度變化如圖1所示。從圖1中可以看出，在0%、2%、4%、6%和8%含水率下，試樣的最大干密度分別為1.85g/cm3、1.84g/cm3、1.95g/cm3、2.02g/cm3、1.99g/cm3。由此說明，隨著混合填料含水率的增大，試樣的最大干密度呈現(xiàn)出先減小再增大后減小的趨勢。

分析認為，隨著含水率的增大，填料中的水分填充顆粒間隙，使得顆粒之間的接觸減少，從而降低填料的密實性，導致試樣的最大干密度減小。當含水率繼續(xù)增大時，填料中的水分起到潤滑作用，有助于顆粒之間的相互滑動，提高了試樣的最大干密度。然而，當含水率過高時，水分會使填料發(fā)生結(jié)塊和分散現(xiàn)象，導致試樣的最大干密度再次減小。此外，混合填料存在最優(yōu)含水率，施工過程中建議控制填料的含水率在3%～7%。

2.2" "振動時間的影響

試樣最大干密度隨振動時間變化曲線如圖2所示。從圖2可以看出，試樣最大干密度隨著振動時間的增大，呈現(xiàn)出先增大后逐漸穩(wěn)定的趨勢。在振動時間為12min后，試樣的最大干密度基本保持不變維持在2.09g/cm3。

分析認為，振動使得顆粒間的空隙逐漸減小，顆粒排列更加緊密，從而使試樣的干密度增加。隨著振動時間的增大，顆粒排列相對穩(wěn)定，空隙大小達到一定程度，再進行振動已不能使顆?？障哆M一步變小，因此最大干密度基本保持不變。

振動時間并不是越長越好。長時間的振動可能將碎石填料振碎，從而影響公路地基的壓實度，因此需合理設置振動時間避免超時振動。

2.3" "振動頻率的影響

試樣最大干密度隨振動頻率的變化如圖3所示。從圖3可以看出，在30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz振動頻率下，試樣的最大干密度依次為1.94g/cm3、2.08g/cm3、1.97g/cm3、2.05g/cm3、1.99g/cm3。隨著振動頻率的增大，試樣的最大干密度呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，其中在40Hz振動頻率下，試樣的最大干密度達到最大值。

分析認為，振動頻率增大會導致碎石土混合試樣內(nèi)顆粒間的摩擦作用增加，促使顆粒重新排列并填充更多的空隙，從而使試樣的干密度增大。當頻率增加到碎石的固有頻率時，顆粒間的摩擦作用和振動能量的傳遞達到最佳狀態(tài)，使得試樣達到最大干密度。繼續(xù)增大振動頻率，振動機械和碎石填料無法產(chǎn)生共振，降低了試樣的最大干密度。

3" "層厚壓縮率控制法研究

3.1" "沉降差和沉降率研究的必要性

層厚壓縮率控制法是通過檢測公路地基的高程變化，判斷地基的壓實狀態(tài)，該方法主要包含沉降差和沉降率兩個指標。沉降差是指檢測過程中每次壓實前后公路地基的高程之差，通?？刂圃?～5mm；沉降率是指攤鋪層的壓縮量與厚度之間的比值。該方法因其技術(shù)難度低，檢測時間短，在公路地基壓實質(zhì)量檢測工程中被廣泛應用。

壓實穩(wěn)定狀態(tài)是指公路地基在一定的壓實能量下顆粒集合體結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定時的狀態(tài)。沉降差及沉降率能反映出這種狀態(tài)，可否作為公路地基壓實狀態(tài)判定的依據(jù)。

3.2" "沉降與壓實遍數(shù)的關系

3.2.1" "累計沉降量隨壓實遍數(shù)的變化

在公路地基表面隨機選取4個監(jiān)測點，監(jiān)測得到累計沉降量隨壓實遍數(shù)的變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，各測點的累計沉降量隨著壓實遍數(shù)的增大呈現(xiàn)出先增大后逐漸穩(wěn)定的趨勢。

分析認為，隨著壓實遍數(shù)的增加，碎石土填料中的空隙逐漸被填充，顆粒間的接觸面積增大，導致路基整體密實度增加，從而引起路基沉降。隨著壓實的進行，路基內(nèi)部的顆粒逐漸排列整齊，空隙減少，路基的變形性能逐漸穩(wěn)定，導致累計沉降量的增大趨勢逐漸減緩，并最終趨于穩(wěn)定。

3.2.2" "沉降差隨壓實遍數(shù)的變化

圖5是沉降差隨壓實遍數(shù)變化曲線，由圖5可知，沉降差隨著公路路基壓實遍數(shù)的增大呈現(xiàn)出先逐漸減小后趨于穩(wěn)定的趨勢。分析認為，在初始階段，碎石土顆粒在受到壓實能量后重新排列，導致填料密實度增加，因此壓實前后沉降差較大。

隨著壓實遍數(shù)的繼續(xù)增加，土壤顆粒重新排列的空間逐漸減少，土體密實度逐漸接近最大值，沉降差逐漸減小。進一步的增大壓實遍數(shù)對沉降差的影響較小，沉降差趨于穩(wěn)定。各測點的平均沉降差與壓實遍數(shù)的變化具有顯著的相關性，其變化曲線較為光滑。

3.2.3" "沉降率隨壓實遍數(shù)變化

沉降率隨壓實遍數(shù)變化曲線如圖6所示。從圖6可以看出，沉降率隨著壓實遍數(shù)的增大呈現(xiàn)出先逐漸增大后趨于穩(wěn)定的規(guī)律。各測點平均沉降率隨壓實遍數(shù)變化曲線較為光滑，兩者相關性顯著。

通過上述分析可知，在同一壓實能量下，沉降差和沉降率隨著壓實遍數(shù)變化逐漸趨于穩(wěn)定，公路地基壓實層達到壓實穩(wěn)定狀態(tài)。采用沉降率和沉降差這兩個指標，能夠判定公路地基是否達到壓實穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3" "試驗驗證

公路地基在壓實過程中，填料之間的空隙減小，但顆?？傮w積保持不變，壓實前后地基面積保持不變，因此在壓實過程中沉降率應和密度增加率相等，可據(jù)此計算壓實后的地基壓實度。

為驗證層厚壓縮率控制法檢測公路地基壓實效果的可靠性，以試驗區(qū)域內(nèi)某段公路路基為研究對象，設置虛鋪厚度為0.5m，依據(jù)壓實后公路地基的壓實情況計算沉降差和沉降率，試驗結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，壓實5遍后，公路地基沉降差最大為1mm。根據(jù)相關規(guī)范，公路地基壓實度、孔隙率均滿足要求，說明采用層厚壓縮率控制法能夠有效對公路地基施工質(zhì)量進行檢測。

4" "結(jié)束語

本文依托某公路地基填筑工程，探究含水率、振動時間及振動頻率對碎石土填料最大干密度的影響。采用層厚壓縮率法對施工效果進行控制，并對其檢測效果進行驗證，得到以下主要結(jié)論：

含水率、振動時間及振動頻率對碎石土填料的最大干密度均具有顯著影響，試樣的最大干密度隨著含水率的增大，呈現(xiàn)出先減小再增大后減小趨勢，最優(yōu)含水率為3%～7%。隨著振動時間的增大，先增大后逐漸穩(wěn)定。隨著振動頻率的增大，呈現(xiàn)出上下波動的趨勢。

隨著壓實遍數(shù)的增大，累計沉降量和沉降率先增大后逐漸穩(wěn)定，沉降差先逐漸減小后趨于穩(wěn)定，利用沉降率和沉降差能夠判定公路地基是否達到壓實穩(wěn)定狀態(tài)。

采用層厚壓縮率控制法對公路地基壓實效果進行檢測，最大沉降差為1mm，壓實度和孔隙率均滿足規(guī)范要求。由此說明，該方法能夠快速高效的對公路地基壓實度進行檢測。

參考文獻

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