土石混填路基压实质量检测方法

土石混填路基压实质量检测方法

摘要：根据在控制路基压实质量中所起的作用，可将压实质量检测

指标分为两类：物理性质指标和力学性质指标，分别对应的检测方

法为密度检测法和抗力检测法。土石混合填料作为一种良好的填筑

材料被越来越多的应用于工程实践中，若采用传统的检测方法检测

其压实质量，则存在诸多问题。通过对这些检测方法的评价，分析

其应用在土石混填路基中的不足之处，提出采用连续压实控制技术

实现对土石混填路基压实质量的实时控制。

关键词：土石混合填料；路基；检测方法；控制指标；连续压实控

制技术

我国西部地区多为山岭丘陵，其地形，地貌和地质水文条件复杂，

修筑公路时为节约成本，往往就地取材，采用隧道、边坡等开挖得

到的土石混合料填筑路基。和一般的细粒土相比，土石混合料的粒

径变化大，含水状态极不均匀，如果仍采用细粒土的压实质量检测

方法和评价标准，必然存在着检测评价指标的适用性、评价标准的

合理性等问题[1]。随着土石混合填料在我国路基工程中的大量使用，

通过对传统检测方法的对比分析，提出一种针对土石混填路基的快速、稳定、无损的压实质量评价方法。

1土石混填路基压实质量的控制指标

传统检测方法的压实质量控制指标往往可以分为两大类：物理性质

指标和力学性质指标[2]。其中物理指标，例如压实度K和孔隙率n 等，表征的是路基土的密实状况，间接的反应了路基的强度和变形。而力学指标，例如地基系数K30、动弹性模量Evd、变形模量Ev1、

Ev2等，直接表征了路基的强度和变形性状。在实际工程中，根据

不同的工程概况，将会选取不同的控制指标，见表1。

2不同控制指标下的压实质量检测方法

2.1物理指标下的压实质量检测方法

物理指标有压实度K和孔隙率n等，反映的是填土压实后的密实程度，而填土的密实程度和强度及变形密切相关。以物理指标控制压

实质量的方法称为密度检测法。2.1.1压实度压实度K是现场土石

混合填料碾压后的干密度和室内试验测得的最大标准干密度的比值，它反应的是土体的密实程度。（1）式中，ρd为填料的现场干密度，g/cm3；ρdmax为填料的标准干密度，g/cm3。从式（1）可以看出，针对土石混填路基需要解决三个问题：现场干密度ρd的确定、标

准干密度ρdmax的确定以及现场干密度ρd和标准干密度ρdmax的

对等性[3]要求。①现场干密度ρd的确定传统的方法有灌砂法和灌

水法，使用灌砂（水）法采取样品时，需要手工操作如挖坑、称重等，其精度受人为因素影响，方怡洵[4]、李浩[5]结合工程实践，

分析了影响灌砂法试验精度的因素。对于级配均匀的细粒土而言，

这种影响尚能接受，但是对于土石混合填料而言，误差较大。由于

土石混合填料的粒径大，可以通过扩大试坑体积来提高精度，但导

致工作量和检测时间增加，难以满足规范要求的测试频率，还有可

能影响施工进度。为了加快检测速度，并不破坏土层结构，工程中

提出了核子密度仪法和瑞利波法，姚保才[6]将灌砂法和核子密度仪

测得的干密度ρd进行对比分析，发现两者具有较好的相关性，李

青山等人[7]通过室内试验建立了剪切波速Vs和干密度ρd的关系

模型，并和传统检测方法的结果进行比较，一致性较好。核子密度

仪法和瑞利波法虽然快速高效，但是其工作参数受土石混合填料的

颗粒级配和粗颗粒含量影响较大，对于料源变化较大的路段需要多

次标定。②标准干密度ρdmax的确定目前常见的确定标准干密度的

方法有表面振动仪法、振动台法以及击实法。对于土石混合填料而言，确定其标准干密度ρdmax时有几个问题需要解决。1）粒径大：按照目前各国的规范，无论是表面振动和振动台法还是室内击实试验，被测土料都存在最大粒径的范围限制，例如，我国《土木工程

试验规范》规定土料的最大粒径dmax燮60mm。而实际工程中土石混合填料的最大粒径明显超过了上述粒径范围。目前处理超粒径料的方法主要有三种：剔除法（超粒径料含量不大于10%），等重量替代法[8]（超粒径料含量不大于50%），相似级配法[9]（超粒径料含量大于50%的卵漂石、堆石）。2）含石量变化大：在土石混填路基中，每一点的含石量相差很大，测得的土石混合填料密度值呈离散性分布[10]，若以某一含石量下的标准干密度来控制压实度，则很有可能出现压实度大于1的情况。考虑到土石混合填料的含石量变化大，闫秀萍[11]利用室内击实试验得到标准干密度和含石量（d叟5mm）的关系曲线来确定不同含石量下的标准干密度。3）非均质性：计算标准干密度时假设填料均质，即填料材质是同一种。而土石混合填料是非均质材料，即使含石量相同，标准干密度也会发生变化，周立新[12]提出了填料不同压实度对应的固体体积率控制指标建议值。③现场干密度ρd和标准干密度ρdmax的对等性室内外试验所用土石混合填料的颗粒组成、级配要有对等性且室内击实功数据和相应的压实机具应相匹配，这样式（1）的计算结果才有意义。但考虑到取样的代表性、材料的变异性等因素，直接的对等性很难得到满足。2.1.2孔隙率《时速200km新建铁路线桥隧站设计暂行规定》首次在我国铁路路基施工监测中采用孔隙率指标，孔

隙率n的大小同样反映了土体的密实程度。所以，黄俊[13]从孔隙

率的定义出发（土的孔隙体积Vv与土总体积V的比值），用灌砂法

测得填料的总体积V，然后将填料烘干后用排水法测得填料的孔隙

体积Vv，避免了土石分离。另外，李少波[14]通过试验建立了土石

混合填料剪切波速Vs和孔隙率n的相关分析模型，提出应用剪切波

速Vs评价土石混填路基压实质量的新方法。和压实度K相比，以孔

隙率n为控制指标具有很多优点：①对于土石混合填料而言，标准

干密度ρdmax的确定困难，而以孔隙率n为控制指标时，则不需要

确定标准干密度ρdmax。②由于土石混合填料的非均质性，使得确

定的压实干密度上下波动较大。但类似相关经验表明，对于非均质

填料其孔隙率相对稳定有规律[15]，能够较好的反映路基压实质量

的整体性状。不足之处是：①颗粒密度G是使用视密度Gs还是毛体

积密度Gm没有明确的规定，以至于不同检测者所计算结果产生较大

偏差。唐沛[16]将这两种孔隙率的测试结果进行比较分析，发现将

毛体积密度Gm看作填料的颗粒密度G更为合理。王龙炜[17]提出在

填料内部孔隙填充量不足情况下，取视密度Gs和毛体积密度Gm两

者的平均值作为填料的颗粒密度G。②土石混合填料级配变化较大，采用统一的孔隙率常定指标可能出现超过检测精度容许的误差。

2.2力学指标下的压实质量检测方法