公路路基压实度地球物理无损检测方法与应用

公路路基压实度地球物理无损检测方法与应用

一．路基压实度检测现况

高等级公路（特别是高速公路）是专供汽车分道行驶，并全部立交、全部控制出入的公路，经常出现高填、深挖的公路路基。

从国内已建成的高速公路运营情况看，常见的路基病害类型主要有：填方路基或基底发生过量沉陷、边坡表层滑溜、填方路基局部滑坍、整个路基沿基底面滑动等。

目前国内公路质量检测项目可分为两类：一类是表观质量检测，它们一般是用直尺、水准仪、经纬仪或公路部门已有的专用仪器（如用于路面平整度测定的颠簸累积仅、整车式平整度仪，用于抗滑测定的路面横向力系数测定仪等）来进行测量检验；另一类是需要动用工程或进行室内试验才能完成的检测内容，分别有：厚度、压实度、抗压强度、抗折强度，弯沉值等。

路基质量评定主要是以压实度为主，而现行的压实度检测方法主要是以环刀法、灌砂法、水袋法及钻孔取样封蜡法检测，虽然这些方法已成为公路质量评定的标准方法，其测试结果具有法定效力，是路基质量评定的依据，但这些方法尚存在以下明显不足：（1）检测数据密度太低（路基为每 2000m2每压实层测 4处），仅以很少几个点上的检测结果难以反映整体工程的全面情况，即或是完全无误的试件也不能代表工程实体。

（2）工程质量事故极少是从试件上查出问题的，多是工程实体

存在隐患所致。对路基路面不仅有破损，而且破坏性试验无法查出隐患，因为不合格的试件是不能采用的，舍弃的可能就是真实的。

（3）检测速度慢、费用高。

（4）核子密度仪法虽然可以连续检测，而且速度较快，但因其受含水量及地面条件等因素影响较大，测试结果离散性很大。

（5）现行的检测方法对于石方路基和土石混填路基的压实质量尚无有效的检测方法。

鉴于上述，作为公路路基质量检测评价的新手段—弹性波勘探方法组合检测技术应运而生，目前在检测方法理论、仪器设备与工作方法技术、应用软件与现场检测成果等方面均取得了丰富的成果。经大量工程实践证明，利用地球物理无损检测技术，辅以少量土工实验资料，对公路路基压实度质量检测评价是行之有效的，值得推广应用。

二. 瑞雷波法检测路基压实度方法

路基的压实程度对其强度与稳定性影响极大。依据路基类型、公路等级等，一般要求压实度达到0.90～0.96以上，通常采用环刀法或灌沙法进行检测。

利用弹性波速进行压实度原位测试是基于介质的弹性波速度与介质的密度间存在有良好的相关关系，压实度K可用波速表示为：K=[v r/v r0]B。其中v r是与实际压实达到密度ρ相应的瑞雷波速，v r0是与最大密度ρ。相应的瑞雷波速度。B由统计分析求取。

该方法的技术关键是：

（1）瑞雷波法现场检测技术参数选择。

（2）选择一路段进行多组与环刀（或灌砂）法作同点对比试验，经统计回归分析处理，求得其相关方程和压实度K值计算公式。

（3）建立压实度标准后，分别在不同路段不同压实标准的评价段上求取压实度值。

（4）对不同路基类型瑞雷波频散曲线进行特征分析

（5）对被测路段的路基压实度作出评价

应用瑞雷波法检测路基压实度既可定性也可定量，它是一种体积测试（每点测试长度范围为3—10m）。结合土工实验资料，建立相关方程，所得结果的精度相对误差可小于2%。

三．灌砂法与面波法所测压实度对比

（1）对比条件

灌砂法： K=δS/δM*100%

面波法： K‘=V S/V O*100%

式中：δM（g/cm3）为最大干密度

δS（g/cm3）为实测干密度

V0（m/s）为标准波速

V S（m/s）为实测波速

两者的相对误差ΔK=（K-K‘）/K*100%

当ΔK足够小，且当变异系数C V≤20%时，两法才具有可比性。

（2）对比方法

灌砂法属于小概率样本检验，是按代表值与极值关系做工程评价

的，因此只能以概率试验结果与面波全断面检验的全概率试验进行对比，有三种对比方法：

1．全过程对比：用重型标准击实与面波法共同进行的多组试件试验；相同条件下用环刀（或灌砂）法与面波法共同进行震动压路机压实试验；最后用环刀（或灌砂）法与面波法共同进行的点对点压实度检验。

2．现场试验段对比：在试验段随压实随用面波和环刀（或灌砂）法进行对比试验。在高填方路段两种方法可能存在差异，只是由于环刀（或灌砂）法只测20cm深度内的压实度，而面波法是80cm压实度平均值，是由于小概率为失效概率所致。

3．追踪对比：用面波对已压实完成的路基上进行检测，每20cm 一层测定值与施工过程中的每20cm一层的环刀（或灌砂）法压实度对比试验。可以跟踪检测，也可以在工程施工后分层检测，可以随时随地抽查施工情况。

（3）对比实例

对比试验的关键是确定面波法标准波速V O，检验ΔK的精度。由试验结果表明两法相比：标准波速对K影响变异系数极小，压实度相对误差很小，完全可以推广使用面波法检测压实度。

四．路基压实度检测实例

西安市修建高等级沥青混凝土路面，要求基层压实度≥95%。检测工作是在路基、基层碾压完毕后，铺筑混凝土面层之前进行的。首先取该路段基层土在实验室做重型击实试验和现场密度法试验，密度和瑞雷波速度的对比试验。建立V R和ρ之间相关关系，并求得与最大密度值ρ0对应的最大瑞雷波速度值V R0，最后获得该路段相关方程和压实度K计算公式：

ρ=0.258V R0.333

K={V R/V R0}0.333

式中：ρ为密度(g/cm3)

V R为瑞雷波速度

V R0=390m/s最大瑞雷波速度

用瑞雷波法检测12个点，发现2个点压实度小于0.95属不合格地段；与土工实验用的密度法所检测的压实度资料对比，相对误差仅1-2%，说明瑞雷波法组合检测的路基、基层压实度是有效可靠的。五．检测方法效益分析

1．灌砂法一天可做20—30点，且需实验室分析，参与人员3—5人。面波仪每天可完成200点，参与人员3人。

2．面波检测连续测试，自动化操作，减少人为因素对试验数据影响。

3．对被检测物不造成破坏，改变测试参数可测试评价任意结构层