浅析路基压实质量评价指标及间接检测方法

王勇

安徽省公路桥梁工程有限公司 安徽合肥 230031

路基压实指标

同一种材料经过压实后，密度不同，其相应的力学或其他方面的性能也会不同。压实质量的控制，本质上是希望土体的密度达到一定的标准，其力学性能和耐久性也相应的达到一定的标准。

压实系数或称压实度K是描述地基或路基压实程度较普遍采用评价指标，上世纪30年代由美国人提出的。压实度K是指工地现场实际达到的干密度d与室内标准击实试验所得的最大干密度d_max的百分比。由此可知，将压实度作为地基或路基压实质量的控制指标，必须检测地基或路基压实材料的现场干密度和室内试验最大干密度。我国公路部门多采用室内击实试验方法确定压实材料的最大干密度，方法已经很成熟，参数容易获取。这样，只需得出现场干密度即可得出路基压实度，因此，现场干密度测定成为路基压实度测定的关键。

路基压实度检测方法主要分为两类：直接测试压实体密度的直接测试法和采用其它与压实体密度相关的参数反映压实体密度的间接测试法。常用的直接测试法包括灌水法、灌砂法、环刀法和封蜡法等；常用的间接测试法包括瑞雷波法、核子密度仪法、瞬态冲击频谱分析法、压实度计法等。除此之外，人们还研究开发了一些适用于土石混填路基压实度检测的新方法。

路基压实度间接方法

在直接测量土体的密度效率低或有困难的情况下，可首先建立压实体的其他指标与土体密度的关系，然后通过测量压实体的其他指标，换算得到压实体的密度，也可以确定土体的压实度。目前研究出具有一定实用价值的方法主要有核子密度仪法、瞬态冲击频谱分析法等。

核子密度仪是最早应用于密度及含水率的间接测试方法。其测量原理是放射源铯 137 伽玛源和镅241/铍中子源所释放出来的伽马射线（对总密度敏感）和中子射线（对含水率敏感）在穿透被测压实体后会产生散射衰减，从而引起能量减少，即产生所谓 Compton 散射效应，通过两种射线在压实体内散射前后的强度变化，确定出压实体的密度和含水率，进而确定压实体的压实度。国外在 80 年代将该项技术运用到路基密度的检测，国内朱怀安、王朝东等较早开始进行了相关研究，开发出可现场应用的核子仪。

核子密度仪法应用于细粒土路基的检测具有测试速度快、稳定可靠、操作方便、对路基破坏性小等优点，但是该方法使用的测试仪器价格昂贵，使用环境条件要求高，对填料的非均质变化反映敏感，此外超标的放射性物质对人体有害，一旦发生泄漏还会产生严重后果，因此该方法的广泛应用受到一定的限制。而且，粒径变化较大及颗粒的不均匀性可导致结果较为离散，其准确度还值得质疑。因此对于土石混填、填石路基的压实度检测而言并不十分适用。

瞬态瑞雷波法

瞬态瑞雷波法是近年来研究较多的一种压实度检测方法，主要原理是分层介质的密度影响瑞雷面波的频散特性以及传播速度，建立两者的相关性即可用于介质的密度检测。

Rayleigh于1887年首先发现了瑞雷面波的存在，并对瑞雷波在弹性半空间介质中的传播特性进行了相关研究，后来人们基于对瑞雷面波的传播特性和频散特性的进一步研究，瞬态瑞雷面波法逐渐开始在岩土工程压实度检测中得到应用，并在八十年代后期付诸于工程实践。

利用该方法进行检测时须用专门设备先在路基上激发瞬态瑞雷波，获取频散曲线，瑞雷波的频率不同其波长也不同，其平均速度的变化就反映不同深度范围内路基密度的变化情况。通过对频散曲线的分析，确定出路基分层界面，利用等效半空间法计算出各分层的瑞雷波波速，再利用标准方法建立瑞雷波速与路基土干密度之间的关联公式，最终实现对路基土压实度的测试。

参考国外的成功经验，我国在公路压实度检测中也开始逐渐采用瑞雷波法。上世纪90年代年，在多年的理论研究和工程实践经验的基础上，杨成林等成功研发了基于瑞雷波法的路基压实度检测设备，并首先应用于韶关乳源至坪石公路及廊坊市北大街的路基压实度检测。汪江波、柴华友等、张献民、王建华、刘立明、智胜英等也对瑞雷波在路基压实度检测方面进行了相关研究及工程应用。2004年赵明阶、黄卫东等对介质的波动理论进行了相关研究，并建立了瑞雷波检测土石混填路基压实度的理论分析模型，并基于该模型基础上提出一种土石复合路堤压实度的快速波动检测技术。赵建三等、李青山等、韦刚、董海文等分别针对具体的工程对基于瞬态瑞雷波法的路基压实度检测方法进行了相关理论与应用研究。

与其他路基压实度检测方法相比，瑞雷波法具有以下优点：仪器设备轻便易携带、操作过程简单、检测费用不高、对路基不造成损害；因其检测速度快，成果显示直观，很适合现场的大面积检测，大面积检测后还能对检测数据进一步统计分析，用来评定整个区段的路基施工质量。其缺点是使用前仪器需进行标定，对于级配变化较大的填料，需进行多次标定；对操作人员的技术要求相对较高。由于压实体结构本身的复杂性和现有仪器精度、理论基础的限制等因素的制约，瑞雷波法用于压实度检测还需要大量的理论与实践的探索。

瞬态冲击频谱分析法

瞬态冲击频谱分析法是一种无损检测方法，其基本原理是将一定质量的冲击锤以规定的高度自由下落，给压实体表面形成一个瞬态冲击，冲击锤上装有加速度传感器，测取冲击前后的加速度随时间的变化值，对其信号进行放大、滤波等一系列分析和处理，可用于衡量所释放的冲击能量有多少被压实体所吸收，路基压实度与所吸收的能量之间存在一定的相关性，通过多次试验对此建立相关联的公式，进而进行压实体的压实度测量。顾炳其等基于大量的试验发现，冲击响应的能量与压实度之间存在函数关系，通过对较为敏感的某一频段内冲击响应的分析，建立了求取压实度的相关性公式。张宜洛将该方法运用到了粗粒土中。

瞬态频谱分析法的优缺点与瑞雷波法相似：无需专门针对含水量进行检测，易于操作，效率较高，对路基没有损害，因此可对全路段进行快速测试，用以进行整体评价；但在使用之前，为确保现场测试的准确性，需要针对具体的填料进行试验来标定。该测定方法比较适用于较为均匀的细粒土路基压实度的检测，由于中粗粒土路基填料的不均匀性，用该法进行检测时结果离散型较大，因此用于土石混填路基存在一定的局限性。

参考文献

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