公路回彈彎沉測(cè)試方法及影響因素研究

曾俐豪 廣西交科集團(tuán)有限公司技術(shù)員

路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其整體強(qiáng)度和剛度將影響整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的使用壽命和路用性能[1]，做好公路工程中的路基檢測(cè)工作十分重要?；貜棌澇磷鳛榉从陈坊w承載能力的評(píng)估指標(biāo)，可用于衡量路面的整體抗壓強(qiáng)度，評(píng)定路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用性能[2]。目前，常見的公路彎沉檢測(cè)方法有很多，但也存在一些缺點(diǎn)。因此，針對(duì)路基彎沉的影響因素進(jìn)行研究，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的檢測(cè)方法，獲取更有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

1 工程概況

某高速公路工程位于南方山區(qū)，地形復(fù)雜，降雨豐富。該高速公路的全線長(zhǎng)25.435km，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，路基寬度為24.5 m。

2 彎沉檢測(cè)方法

路面彎沉檢測(cè)可分為靜態(tài)彎沉檢測(cè)和動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)。靜態(tài)彎沉檢測(cè)包括貝克曼梁法和自動(dòng)彎沉儀，動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)包括落錘彎沉儀（FWD）和激光多普勒彎沉儀。

2.1 靜態(tài)彎沉檢測(cè)

2.1.1 貝克曼梁法

貝克曼梁法是一種常見的靜態(tài)彎沉檢測(cè)方法，在世界各國(guó)都得到了廣泛應(yīng)用。其由貝克曼梁、百分表和表架組成，測(cè)試過(guò)程中貝克曼梁端頭穿過(guò)后軸雙輪輪隙，將百分表置于貝克曼梁的另一端，利用標(biāo)準(zhǔn)軸載汽車對(duì)路面進(jìn)行加載，車輛經(jīng)過(guò)端頭時(shí)，讀取百分表的最大值，車輛駛過(guò)后再次讀取百分表數(shù)值，兩次讀取數(shù)值之差的兩倍即為測(cè)得的回彈彎沉值[2]。貝克曼梁法操作簡(jiǎn)單，但多應(yīng)用于低等級(jí)公路或舊路評(píng)價(jià)檢測(cè)，因?yàn)槠湓跈z測(cè)過(guò)程中必須封閉交通，受人為因素影響較大。

2.1.2 自動(dòng)彎沉儀

自動(dòng)彎沉儀的測(cè)試原理與貝克曼梁法相同，包括測(cè)試車、測(cè)量機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，彎沉測(cè)定梁連接在測(cè)試車前后軸之間的底盤上，檢測(cè)時(shí)彎沉測(cè)定梁必須支撐在地面上。測(cè)試車從測(cè)量機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)時(shí)，可通過(guò)位移傳感器記錄彎沉值，然后彎沉測(cè)定梁以兩倍車速移向下一檢測(cè)位置，調(diào)整到彎沉測(cè)定梁支撐地面狀態(tài)后測(cè)量下一測(cè)試位置彎沉[2]。自動(dòng)彎沉儀可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)定結(jié)果。但目前情況下，受外界環(huán)境因素的影響較大，仍有待改進(jìn)。

2.2 動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)

2.2.1 落錘彎沉儀 （FWD）

動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備的最典型檢測(cè)方法為落錘彎沉儀（FWD），落錘式彎沉儀通過(guò)計(jì)算機(jī)操縱液壓裝置將荷載塊提升至一定高度后釋放，利用傳感器測(cè)量路面產(chǎn)生的瞬時(shí)變形，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后通過(guò)采集系統(tǒng)傳輸給PC 機(jī)，即可獲得動(dòng)態(tài)彎沉及彎沉盆的相關(guān)數(shù)據(jù)。落錘彎沉儀可分為兩種類型：一種是牽引式落錘彎沉儀，主要由牽引車、荷載系統(tǒng)、彎沉檢測(cè)系統(tǒng)組成；另一種是內(nèi)置式落錘彎沉儀，整個(gè)測(cè)試裝置都安裝在測(cè)試車內(nèi)，全部測(cè)試工作都在車內(nèi)完成。

2.2.2 激光多普勒彎沉儀

激光多普勒彎沉儀由檢測(cè)車、激光多普勒彎沉傳感器和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成，用于檢測(cè)車行駛過(guò)程中激光多普勒彎沉傳感器檢測(cè)出地面在荷載作用下的垂直方向下沉的速度，傳輸至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)后計(jì)算最大彎沉和彎沉盆數(shù)據(jù)[3]。檢測(cè)車速度在80 km/h 左右時(shí)仍能精準(zhǔn)測(cè)量出彎沉值，且不影響正常交通，但因其價(jià)格昂貴等原因尚未得到推廣。

2.3 動(dòng)靜態(tài)彎沉對(duì)比分析

本文在不同公路結(jié)構(gòu)層對(duì)貝克曼梁法和落錘彎沉儀法進(jìn)行對(duì)比分析。由于落錘彎沉儀的精度為0.001 mm，貝克曼彎沉法的測(cè)試精度為0.01 mm，為保證對(duì)比的有效性，統(tǒng)一精度為0.01 mm 進(jìn)行分析。由表1、表2 可知，無(wú)論在路基頂層還是水泥穩(wěn)定層，貝克曼梁法和落錘彎沉儀法的彎沉檢測(cè)結(jié)果具有良好的相關(guān)性（R2≥0.902 5），表明在路基和水穩(wěn)層彎沉檢測(cè)中，貝克曼梁法和落錘彎沉儀法的檢測(cè)結(jié)果無(wú)明顯差別，可替換使用。

表1 路基頂層的檢測(cè)結(jié)果

表2 水泥穩(wěn)定層的的檢測(cè)結(jié)果

3 路基彎沉的影響因素

3.1 壓實(shí)度對(duì)路基彎沉的影響

壓實(shí)度是影響路基彎沉指標(biāo)的因素之一，壓實(shí)度是否滿足要求，反映了路基彎沉能否達(dá)到工程要求。采用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，采用貝克曼梁法檢測(cè)彎沉，壓實(shí)度和彎沉值的檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 壓實(shí)度和彎沉值的檢測(cè)結(jié)果

從表3 可以看出，隨著壓實(shí)度增加，路基彎沉值總體呈減小趨勢(shì)。路基土充分壓實(shí)后達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，強(qiáng)度相對(duì)提高，則彎沉相應(yīng)降低，因此為保證路基承載力滿足工程要求，應(yīng)盡可能提高壓實(shí)度。

3.2 含水率對(duì)路基彎沉的影響

由上文結(jié)論可知，壓實(shí)度對(duì)路基彎沉值的影響較大，而含水率會(huì)直接影響壓實(shí)效果，因此研究含水量對(duì)路基彎沉的影響具有重要的意義[4]。本文對(duì)合同段內(nèi)路基土機(jī)械能進(jìn)行液塑限試驗(yàn)和彎沉檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4 所示。

表4 含水量和彎沉檢測(cè)結(jié)果

從表4 看出，隨著含水率增加，彎沉值呈先減小后增大的趨勢(shì)，在最佳含水率附近路基彎沉達(dá)到最小值。相關(guān)研究表明，在最佳含水率下進(jìn)行壓實(shí)效果最佳，此時(shí)路基的強(qiáng)度滿足要求且路基彎沉最小[5]。因此在路基路面施工過(guò)程中，合理控制含水率有利于降低路基彎沉。

3.3 CBR對(duì)路基彎沉的影響

CBR 值可用于評(píng)價(jià)路基填料強(qiáng)度，與彎沉值存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同CBR 值對(duì)應(yīng)的彎沉值如表5 所示。

表5 壓實(shí)度、CBR值和彎沉

由以上數(shù)據(jù)可知，在壓實(shí)度相同的情況下，CBR 值越大彎沉值越小。路基填料不同會(huì)導(dǎo)致路基彎沉發(fā)生變化，因此CBR值對(duì)路基彎沉具有一定的影響[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

檢測(cè)結(jié)果表明，壓實(shí)度、含水率、CBR值對(duì)路基彎沉的影響較大，在施工過(guò)程中應(yīng)充分考慮3 種因素的影響。貝克曼梁法和落錘彎沉儀法的檢測(cè)結(jié)果無(wú)明顯差別，可替換使用，但落錘彎沉儀法的檢測(cè)精度更高且檢測(cè)速度較快，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際選擇檢測(cè)方法。