许新水，贾玲燕，郑 轩

(广东交科检测有限公司，广州 510550)

0 引言

压实度是公路路基工程施工质量控制较重要的指标之一，只有对路基结构层进行充分压实，才能保证路基的强度及使用寿命[1]。公路路基压实度检测常用的是灌砂法,公路行业采用灌砂法检测路基压实度的历史，可追溯到《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)，直至《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)，对路基压实度检测依旧将灌砂法作为标准的方法[2]。灌砂法作为现场测定路基压实度的主要方法，其操作过程看似比较简单，但实际操作过程中存在试坑不标准、耗时长、水分蒸发等问题。一方面容易造成试验误差较大[5-6]；另一方面因检测时间较长，容易影响路基工程的施工进度。

本文依托沈阳至海口国家高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程路基施工的压实度检测，针对传统的人工挖坑效率低、易造成试验误差大等问题，开发了压实度检测挖坑设备，并在该工程进行了应用，对采用设备检测压实度试坑结果的准确性与传统方法进行了对比分析。

1 设备构成

从灌砂法检测压实度的方法中可知，置换的试坑的体积是影响压实度检测效率、检测结果的主要因素，若想试坑规整，需要花费较长时间进行修整，从而影响检测效率，无形中增加了人工等成本。针对传统压实度检测采用人工开挖试坑效率低、误差大等问题，开发了压实度检测试坑开挖设备。该设备采用汽油动力发动机带动一定转速的特制刀头，代替人工挖坑步骤，通过排土、收土机构收集土样。设备整体由动力机构、导向机构、固定机构及刀头机构等组成，工作时由动力机构提供动力带动刀头机构进行旋转，借助导向机构上下移动，通过固定机构稳定整台设备。设备构造如图1～图3所示。

图1 整机构造

图2 刀头机构

图3 设备实体

2 设备验证与分析

沈阳至海口国家高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程TJ5标施工段落内(桩号K71+650-K91+940段)取土场土质主要为强风化土、一般黏性土、砂砾土，采用传统的人工和设备分别对路基进行压实度的试坑体积、计算的压实度结果、耗时等进行验证分析。

2.1 设备准确性验证方法

根据依托工程土方路基填筑的实际层厚，分别采用人工、设备开挖相同深度的试坑。用标准砂置换出的人工开挖试坑体积、设备开挖试坑体积与直接计算试坑体积对比，通过试坑与理论体积的吻合程度、操作用时及对压实度的影响，综合验证本设备。

(1)根据规范标定灌砂桶圆锥体的耗砂量(m2)，标定标准砂密度ρs。

(2)在已经碾压完成的施工段落，随机选取一处表面平坦且面积不小于设备底座的测点位置，并用毛刷清扫干净。

(3)将设备放置在已经清扫的试验区域，用固定销固定，启动设备，同时将出土口套上接样容器后进行挖坑。在挖坑过程中，不应使挖出的土样丢失，并随时将刀头带出来的土收集，防止水分蒸发。操作过程中不得有下层材料混入。试坑开挖完成后，测量试坑的深度与直径。

(4)根据量砂标定结果，灌入灌砂筒内相同质量的砂(m1)。灌砂筒与试坑对中，打开开关，让量砂流入试坑内，直到灌砂桶内的砂不再下流时，关闭开关。取走灌砂筒，并称量其剩余砂的质量(m3)，准确至 1g。

(5)重复以上步骤进行不同时间、不同地点、不同层厚的检测，采集试坑数据。

(6)试坑体积采用下式计算：

式中：V—试坑体积(cm3)；

(7)按照《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)进行人工开挖相同深度的试坑，进行试坑体积置换，并结合测得的湿土样质量、含水率，计算压实度。

2.2 验证结果分析

采用传统的人工和设备分别对路基进行压实度检测，如图4～图7所示。与同样直径和深度的压实度试坑理论体积、计算的压实度结果、耗时进行对比，对比结果见表1～表3，绘制成体积、压实度、耗时曲线，如图10～图12所示。

图4 人工挖坑

图5 设备挖坑

图6 人工挖坑的效果

图7 设备挖坑的效果

从表1和图8可以看出，设备挖坑的体积平均误差为157cm3，人工挖坑的体积平均误差为633 cm3，相比人工挖坑，设备开挖试坑的体积误差大幅度降低，误差降低率达303%。回顾现场检测过程，试坑体积误差主要受坑洞的直径不规范影响较大，实际人工检测中，往往会将试坑挖成锅底的形状，尤其是在接近试坑底部的位置，采用设备挖坑可解决此问题。图6和图7分别为人工挖坑和设备挖坑的效果图，可以看出，采用设备开挖试坑的尺寸和形状明显比人工开挖的要规整。

表1 压实度试坑体积对比

图8 试坑体积对比曲线

结合表2和图9可以得出，设备挖坑的压实度标准差仅为0.6，人工挖坑的压实度标准差为1.3，相比人工，采用设备进行试坑开挖后的压实度离散性大幅度降低，降低率为116%。

表2 压实度结果对比

图9 压实度对比曲线

从表3和图10可以看出，设备试坑开挖平均耗时2.2min，人工进行试坑开挖平均耗时19.9min，相比人工，采用设备挖坑的用时大幅度降低，压实度的检测效率提升9倍，相比传统的人工挖坑方法，检测效率显著提高。

表3 压实度挖坑耗时对比

图10 挖坑耗时对比曲线

3 结语

本文介绍了路基压实度检测的挖坑设备，通过试验验证表明，该设备挖坑的体积更标准、效率高，且操作方便，相对人工平均单坑试验时间可节省17.7min，有效缩短了压实度检测时间；同时设计了收土机构，有效减少了土样含水率的损失。结合工程实践情况，本文的挖坑设备除了提高压实度试坑体积的规范性、真实反映了土方路基压实情况外，还解决了人工挖坑耗时较长，导致数据离散性较大等问题。