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摘要：本文通过某高速路段填石路堤的现场检测试验与结果分析,指出了目前各种压实质量控制方法的优缺点及其适用条件,从而比较合理地提出填石路堤压实质量快速简便的控制方法。
关键词：填石路堤；质量控制；面波测试Abstract: Testing and analysis of results of detection by a high-speed road embankment, points out the advantages and disadvantages of the various compaction quality control methods and its application conditions, and reasonably put forward to fill Stone Embankment Compaction Quality control method for fast and easy.
Keywords: embankment; quality control; surface wave test
中图分类号：U415.6
填石路堤是指在路基施工中,利用石料(包括大卵石)或土石混合料填筑的路堤。路堤填料中粒径>60mm且单轴抗压强度大于15MPa的石料大于70%为填石路堤。对于填石路堤的施工方法与压实质量控制,目前的公路路基施工规范中尚无明确规定,因此研究填石路基的压实质量控制方法显得十分重要。填石路堤所选用的压实质量控制方法必须适应工程的特点,简便快速,易于操作。
1 试验路概况
根据现场工程地质、施工条件等因素,课题组选择了K29+708桥头填石路堤作为试验段。投入到本项目外业工作的主要设备有:面波仪2台,现场CBR测定仪器1台,水准仪1台,YS一1型压实计l台。根据填石路基实验的目的和要求,结合K29+708小桥的桥头填石路堤施工,进行了现场CBR、沉降观测、瑞利波测试、压实计测试等试验研究工作,提出施工质量控制的指导意见和填石路基压实质量控制方法。
2 压实质量控制方法
2. 1灌水法测定现场干密度
首先根据室内击实试验确定最大干密度,将现场填料进行筛分试验,取40mm粒径以下的填料进行重型击实试验,然后根据40mm粒径以上的百分含量推出现场填石料的最大干密度。填石路堤实际现场干密度采用灌水法测定,试坑尺寸为填料最大粒径的2~3倍,由挖出来粗粒料的质量与试坑体积之比算出现场密度,最后得到摊铺碾压层的压实度。
2. 2现场CBR值的测定
加州承载比CBR是评定材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并以标准碎石的承载能力为标准,以相对值的百分数表示CBR值。由于CBR的试验方法简单,设备造价低廉,在许多的国家得到广泛的应用。本次试验段采用了CBR方法来测试填石路堤的强度。
2. 3表面标高沉降控制
用振动压路机经过不同碾压遍数后,压实效果可用表面标高点进行检查。在压实前选定一定数量的石头作为水平测量基准点,并涂上红颜色,用水准仪测定其标高,然后待碾压,每碾压两遍后进行逐次测量涂上颜色的石头标高。计算沉降量的平均值,与铺土厚度之比求得沉降率,根据沉降量或者沉降率判断压实后的密实程度。
图1说明,随着振动碾压遍数的增加,沉降基本上呈增加的趋势,但是每往返碾压一次,沉降量呈现先增加后减小的现象,这说明石料压实不像粘土那样随着压实遍数的增加而增加,是先在压实机械的振动碾压下面出现石料的挤密现象,石料随着压路机碾压前进的方向而变得密实,但是随着压路机的往返碾压,石料会沿相反的方向变得密实,故出现压实度先增加后减小的过程。随着压实能量的增加,压实度呈增加趋势,沉降亦呈现增加的趋势。碾压6遍以后,沉降增加幅度已经降低到较小数值,基本上趋于稳定。如果再增加碾压的遍数,尽管有的地方会变得更密实一点,但是已经密实区域由于增加了能量而使得原先的结构遭到破坏,压实度反而降低了。所以,再增加能量的做法是不可取的,既浪费了宝贵的人力和物力,碾压的效果又不会更好。
2. 4 面波测试
面波测试技术作为一项原位测试方法在国内外工程界受到越来越多的重视。根据激振方法的不同,该方法分为稳态和瞬态两种。所谓SASW法是利用瞬态激振时产生频率丰富的瑞利波,通过频谱分析,来确定传播介质的特性。
横波速度值与岩土的物理力学参数、土层的承载力和变性模量等之间存在着密切的关系,而且在工程地震应用中,横波速度值的大小直接反映了地基土的抗剪强度,同时也间接反映了地基土的软硬程度,而瑞利波法之所以可以解决诸多的工程地质问题,就在于瑞利波速度与横波速度的相关性。
在均匀各向同性半无限弹性介质中,瑞利波速度与横波速度及泊松比的关系
工程勘察中一般土层的泊松比R=0. 45~0.49,于是VRU0. 95Vs。在有关横波速度Vs的应用中,我们一般用瑞利波传播速度VR除以0. 92~0. 94来代替Vs值,应用效果是类同的,可见由面波勘探所得的VR值可估算有关介质的岩土及工程动力学参数。
对填石路基试验段进行了检测,记录1为第一次检测数据,记录2为用压路机进行了两次压实后的记录。但在记录2测试前下了一场大雨。由上面分析的计算方法,由记录1、2数据得到的路基各地层厚度和层速度分别为:
记录1:第1层:H1=2. 5m V1=345. 7m/s
第2层:H2=1. 5m V2=193. 9m/s
第3层:H3=1. 3m V3=343. 9m/s
记录2:第1层:H1=2. 7m V1=332. 1m/s
第2层:H2=1. 1m V2=186. 3m/s
第3层:H3=1. 2m V3=272. 1m/s
比较由这两道实测检波器数据分析得到的各地层厚度和层速度,可以看出,由于大雨的影响,使地基各层的瑞利波速度有一定程度的降低。我们可以看出,在工程地质勘察,特别是路基质量检测中,利用瑞利波勘探计算出的瑞利波速度,并结合瑞利波速度VR与横波速度Vs的关系,便可以得到各地层的横波速度,从而完成工程地质勘察所需要的地基、路基等各地层的岩石物理力学参数及一系列其他数据。
3各种质量控制方法的比较
从现场试验的情况来看,灌水法费时费力不适合大范围的施工检测,且塑料薄膜不易控制,太薄容易刺穿,尤其对于石料比较粗的填石路堤。所以在填石路基的现场测试中,采用灌水法来控制压实质量是不适合的。
现场CBR值是衡量填石路堤的局部点的强度,填石路堤的现场CBR值离散性很大,该离散性主要来自于填料的不均匀性,即石料大小和性质上的差异。因此,现场CBR值不能有效反映填石路基的施工情况。所以用CBR控制测定填石路堤的质量不是一个可行的办法。
表面标高沉降检测简单易行,对填石路堤来说,是一种有效的质量控制方法。由于测点可在被压实层表面随机布置,所以能较快、较好地反映被检测体的整体情况,特别是在压实机一定的情况下,如果利用对应的合理的最佳铺厚,沉降量、沉降率控制是一种比较好的方法。下列两种标准可作为工程实践的应用标准。
(1)一般认为,当沉降率达到4% ~5%时,是充分压实的标准。
(2)规定振动碾压时,最后两遍压实的沉降量小于l0mm,可以认为达到压实标准。
面波作为一种快捷的检测方法,在检测填石路堤的压实质量方面有其应用的前景。在检测时,其信号的道间距控制在10cm左右,这样测试出来的信号较好,由于不同的石料,其传递的波速是不一样的。可在试验段通过一些测试,确定最大干密度和传递波速之间的关系,确定压实度达到93%、95%时的波速,并将其作为最后检测的评定标准。
在现场试验中发现,当碾压六遍后,压实计的读数基本稳定了。同时,用沉降观测的数据也反映,碾压六遍以后,沉降量已经很小了。说明压实计能反映填石路基的施工情况,并可以进行实时的施工質量控制,且对填石路堤的碾压质量控制较为方便,值得在填石路基施工质量控制中推广。
4结语
(1)从试验路质量控制的结果来看,利用灌水法测定压实度工作量大,不利于大面积检测,但可以用作抽检。现场CBR值测试成果的离散性很大,所以用CBR控制测定填石路堤的压实质量不是一个可行的办法。
(2)表面标高沉降检测是填石路堤压实质量控制中较好的方法,但是,须在考虑压实机具的情况下,与施工工艺管理结合起来,才能进行有效的质量控制。压实计测试能反映填石路基的施工情况,并可以进行实时的压实质量控制,且对填石路堤的碾压质量控制较为方便。
(3)面波测试法具有操作简单、快速、测试范围广、深度大的特点。它不仅适用于厚层土石路堤,而且也适用于厚层土质路堤的压实度检测。因此可作为路堤碾压施工过程中的压实质量的监控。
参考文献
1 邵腊庚,傅志勇.山区高速公路填石路堤压实质量控制[J].公路交通科技, 2005, 22(2)
2 吴立坚.高速公路填石路堤施工工艺及质量控制研究[J].公路交通科技, 2002, 19 (5)
3 邵腊庚.山区高速公路填石路堤压实质量控制[J].公路交通科技.2005(02)
4 刘毅.公路填石路堤压实质量控制技术研究[J].公路交通科技（应用技术版）.2009(07)
关键词：填石路堤；质量控制；面波测试Abstract: Testing and analysis of results of detection by a high-speed road embankment, points out the advantages and disadvantages of the various compaction quality control methods and its application conditions, and reasonably put forward to fill Stone Embankment Compaction Quality control method for fast and easy.
Keywords: embankment; quality control; surface wave test
中图分类号：U415.6
填石路堤是指在路基施工中,利用石料(包括大卵石)或土石混合料填筑的路堤。路堤填料中粒径>60mm且单轴抗压强度大于15MPa的石料大于70%为填石路堤。对于填石路堤的施工方法与压实质量控制,目前的公路路基施工规范中尚无明确规定,因此研究填石路基的压实质量控制方法显得十分重要。填石路堤所选用的压实质量控制方法必须适应工程的特点,简便快速,易于操作。
1 试验路概况
根据现场工程地质、施工条件等因素,课题组选择了K29+708桥头填石路堤作为试验段。投入到本项目外业工作的主要设备有:面波仪2台,现场CBR测定仪器1台,水准仪1台,YS一1型压实计l台。根据填石路基实验的目的和要求,结合K29+708小桥的桥头填石路堤施工,进行了现场CBR、沉降观测、瑞利波测试、压实计测试等试验研究工作,提出施工质量控制的指导意见和填石路基压实质量控制方法。
2 压实质量控制方法
2. 1灌水法测定现场干密度
首先根据室内击实试验确定最大干密度,将现场填料进行筛分试验,取40mm粒径以下的填料进行重型击实试验,然后根据40mm粒径以上的百分含量推出现场填石料的最大干密度。填石路堤实际现场干密度采用灌水法测定,试坑尺寸为填料最大粒径的2~3倍,由挖出来粗粒料的质量与试坑体积之比算出现场密度,最后得到摊铺碾压层的压实度。
2. 2现场CBR值的测定
加州承载比CBR是评定材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并以标准碎石的承载能力为标准,以相对值的百分数表示CBR值。由于CBR的试验方法简单,设备造价低廉,在许多的国家得到广泛的应用。本次试验段采用了CBR方法来测试填石路堤的强度。
2. 3表面标高沉降控制
用振动压路机经过不同碾压遍数后,压实效果可用表面标高点进行检查。在压实前选定一定数量的石头作为水平测量基准点,并涂上红颜色,用水准仪测定其标高,然后待碾压,每碾压两遍后进行逐次测量涂上颜色的石头标高。计算沉降量的平均值,与铺土厚度之比求得沉降率,根据沉降量或者沉降率判断压实后的密实程度。
图1说明,随着振动碾压遍数的增加,沉降基本上呈增加的趋势,但是每往返碾压一次,沉降量呈现先增加后减小的现象,这说明石料压实不像粘土那样随着压实遍数的增加而增加,是先在压实机械的振动碾压下面出现石料的挤密现象,石料随着压路机碾压前进的方向而变得密实,但是随着压路机的往返碾压,石料会沿相反的方向变得密实,故出现压实度先增加后减小的过程。随着压实能量的增加,压实度呈增加趋势,沉降亦呈现增加的趋势。碾压6遍以后,沉降增加幅度已经降低到较小数值,基本上趋于稳定。如果再增加碾压的遍数,尽管有的地方会变得更密实一点,但是已经密实区域由于增加了能量而使得原先的结构遭到破坏,压实度反而降低了。所以,再增加能量的做法是不可取的,既浪费了宝贵的人力和物力,碾压的效果又不会更好。
2. 4 面波测试
面波测试技术作为一项原位测试方法在国内外工程界受到越来越多的重视。根据激振方法的不同,该方法分为稳态和瞬态两种。所谓SASW法是利用瞬态激振时产生频率丰富的瑞利波,通过频谱分析,来确定传播介质的特性。
横波速度值与岩土的物理力学参数、土层的承载力和变性模量等之间存在着密切的关系,而且在工程地震应用中,横波速度值的大小直接反映了地基土的抗剪强度,同时也间接反映了地基土的软硬程度,而瑞利波法之所以可以解决诸多的工程地质问题,就在于瑞利波速度与横波速度的相关性。
在均匀各向同性半无限弹性介质中,瑞利波速度与横波速度及泊松比的关系
工程勘察中一般土层的泊松比R=0. 45~0.49,于是VRU0. 95Vs。在有关横波速度Vs的应用中,我们一般用瑞利波传播速度VR除以0. 92~0. 94来代替Vs值,应用效果是类同的,可见由面波勘探所得的VR值可估算有关介质的岩土及工程动力学参数。
对填石路基试验段进行了检测,记录1为第一次检测数据,记录2为用压路机进行了两次压实后的记录。但在记录2测试前下了一场大雨。由上面分析的计算方法,由记录1、2数据得到的路基各地层厚度和层速度分别为:
记录1:第1层:H1=2. 5m V1=345. 7m/s
第2层:H2=1. 5m V2=193. 9m/s
第3层:H3=1. 3m V3=343. 9m/s
记录2:第1层:H1=2. 7m V1=332. 1m/s
第2层:H2=1. 1m V2=186. 3m/s
第3层:H3=1. 2m V3=272. 1m/s
比较由这两道实测检波器数据分析得到的各地层厚度和层速度,可以看出,由于大雨的影响,使地基各层的瑞利波速度有一定程度的降低。我们可以看出,在工程地质勘察,特别是路基质量检测中,利用瑞利波勘探计算出的瑞利波速度,并结合瑞利波速度VR与横波速度Vs的关系,便可以得到各地层的横波速度,从而完成工程地质勘察所需要的地基、路基等各地层的岩石物理力学参数及一系列其他数据。
3各种质量控制方法的比较
从现场试验的情况来看,灌水法费时费力不适合大范围的施工检测,且塑料薄膜不易控制,太薄容易刺穿,尤其对于石料比较粗的填石路堤。所以在填石路基的现场测试中,采用灌水法来控制压实质量是不适合的。
现场CBR值是衡量填石路堤的局部点的强度,填石路堤的现场CBR值离散性很大,该离散性主要来自于填料的不均匀性,即石料大小和性质上的差异。因此,现场CBR值不能有效反映填石路基的施工情况。所以用CBR控制测定填石路堤的质量不是一个可行的办法。
表面标高沉降检测简单易行,对填石路堤来说,是一种有效的质量控制方法。由于测点可在被压实层表面随机布置,所以能较快、较好地反映被检测体的整体情况,特别是在压实机一定的情况下,如果利用对应的合理的最佳铺厚,沉降量、沉降率控制是一种比较好的方法。下列两种标准可作为工程实践的应用标准。
(1)一般认为,当沉降率达到4% ~5%时,是充分压实的标准。
(2)规定振动碾压时,最后两遍压实的沉降量小于l0mm,可以认为达到压实标准。
面波作为一种快捷的检测方法,在检测填石路堤的压实质量方面有其应用的前景。在检测时,其信号的道间距控制在10cm左右,这样测试出来的信号较好,由于不同的石料,其传递的波速是不一样的。可在试验段通过一些测试,确定最大干密度和传递波速之间的关系,确定压实度达到93%、95%时的波速,并将其作为最后检测的评定标准。
在现场试验中发现,当碾压六遍后,压实计的读数基本稳定了。同时,用沉降观测的数据也反映,碾压六遍以后,沉降量已经很小了。说明压实计能反映填石路基的施工情况,并可以进行实时的施工質量控制,且对填石路堤的碾压质量控制较为方便,值得在填石路基施工质量控制中推广。
4结语
(1)从试验路质量控制的结果来看,利用灌水法测定压实度工作量大,不利于大面积检测,但可以用作抽检。现场CBR值测试成果的离散性很大,所以用CBR控制测定填石路堤的压实质量不是一个可行的办法。
(2)表面标高沉降检测是填石路堤压实质量控制中较好的方法,但是,须在考虑压实机具的情况下,与施工工艺管理结合起来,才能进行有效的质量控制。压实计测试能反映填石路基的施工情况,并可以进行实时的压实质量控制,且对填石路堤的碾压质量控制较为方便。
(3)面波测试法具有操作简单、快速、测试范围广、深度大的特点。它不仅适用于厚层土石路堤,而且也适用于厚层土质路堤的压实度检测。因此可作为路堤碾压施工过程中的压实质量的监控。
参考文献
1 邵腊庚,傅志勇.山区高速公路填石路堤压实质量控制[J].公路交通科技, 2005, 22(2)
2 吴立坚.高速公路填石路堤施工工艺及质量控制研究[J].公路交通科技, 2002, 19 (5)
3 邵腊庚.山区高速公路填石路堤压实质量控制[J].公路交通科技.2005(02)
4 刘毅.公路填石路堤压实质量控制技术研究[J].公路交通科技（应用技术版）.2009(07)