城市道路路基快速無(wú)損檢測(cè)方法

唐永生 閆彬彬

（邯鄲市市政工程公司，河北 邯鄲 056002）

在整個(gè)道路結(jié)構(gòu)中，路基具有十分重要的地位。道路使用壽命長(zhǎng)短和運(yùn)行狀況在很大程度上都與路基有關(guān)[1]。因此，城市道路路基必須要進(jìn)行定期檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng)。道路路基狀態(tài)與很多因素有關(guān)，因此對(duì)道路路基進(jìn)行檢測(cè)的方法和設(shè)備也有所差異[2]。從現(xiàn)有的技術(shù)情況來(lái)看，對(duì)路基進(jìn)行檢測(cè)的方法普遍表現(xiàn)出的不足包括操作不方便、檢測(cè)效率低、檢測(cè)速度慢以及對(duì)路面或路基本身有一定程度的損害[3]?？梢?，大多數(shù)檢測(cè)方法都存在一定的局限性，在路基檢測(cè)效率日益提高的今天已經(jīng)無(wú)法適用?；谏鲜龇治?，城市道路路基檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)要注意2個(gè)問(wèn)題，一是檢測(cè)效率問(wèn)題，二是對(duì)路面和路基的有效保護(hù)，所以行業(yè)內(nèi)需要的是快速的、無(wú)損害的檢測(cè)方法。據(jù)此，該文從表證路基質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)出發(fā)，提出了一種快速無(wú)損的路基檢測(cè)方法。

1 基于回彈模量的快速無(wú)損檢測(cè)方法

城市道路路基質(zhì)量的表征參數(shù)很多，如應(yīng)力、變形和沉降等。其中沉降是最常見的表征參數(shù)。在相當(dāng)多的場(chǎng)合下，如果能準(zhǔn)確測(cè)得路基的沉降值，就可以判斷出路基質(zhì)量。因此，該文從路基沉降的角度出發(fā)，進(jìn)一步推演出通過(guò)回彈模量完成路基質(zhì)量檢測(cè)的快速無(wú)損方法。

城市道路路基的受力和沉降情況如圖1所示。

從圖1可以推導(dǎo)出城市道路路基的受力和沉降之間的關(guān)系，如公式（1）所示。

圖1 城市道路路基的受力和沉降情況

式中：Ep為城市道路路基的回彈模量；p為路面以下承載導(dǎo)致的應(yīng)力；δ為承載范圍的半徑大??；μ為泊松系數(shù)；l為路基產(chǎn)生的沉降。

由此可見，如果能測(cè)得回彈模量Ep，就可以得到道路路基的沉降數(shù)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路基的質(zhì)量檢測(cè)。

回彈模量Ep可以通過(guò)其與道路路基材質(zhì)的正常彈性模量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系映射得到，這里可以選擇的映射一共有4種，分別是回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的線性模型、回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的指數(shù)模型、回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的對(duì)數(shù)模型以及回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的冪模型。其中，回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的線性模型的數(shù)學(xué)形式如公式（2）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質(zhì)的正常彈性模量；R2為關(guān)聯(lián)程度。

從公式（2）可以看出，回彈模量和彈性模量表現(xiàn)為線性關(guān)系，線性系數(shù)為1.071。

回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的指數(shù)模型的數(shù)學(xué)形式如公式（3）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質(zhì)的正常彈性模量；R2為關(guān)聯(lián)程度。

從公式（3）可以看出，回彈模量和彈性模量表現(xiàn)為自然底數(shù)的指數(shù)關(guān)系。

回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的對(duì)數(shù)模型的數(shù)學(xué)形式如公式（4）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質(zhì)的正常彈性模量；R2為關(guān)聯(lián)程度。

從公式（4）可以看出，回彈模量和彈性模量表現(xiàn)為自然底數(shù)的對(duì)數(shù)關(guān)系。

回彈模量-彈性模量之間關(guān)系的冪模型的數(shù)學(xué)形式如公式（5）所示。

式中：Ep為直接反映路基沉降的回彈模量；Ed為路基材質(zhì)的正常彈性模量；R2為關(guān)聯(lián)程度。

從公式（5）可以看出，回彈模量和彈性模量表現(xiàn)為冪關(guān)系。

從4組模型的對(duì)比可以看出，冪模型的關(guān)聯(lián)程度達(dá)到了0.784，高于其他3組模型。因此，該文選擇冪模型作為城市道路路基快速無(wú)損檢測(cè)的測(cè)量和計(jì)算模型。

2 粉砂土質(zhì)的城市道路路基檢測(cè)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該文提出的基于回彈模量和彈性模量?jī)缒Ｐ偷牡缆仿坊|(zhì)量快速檢測(cè)方法的有效性，先對(duì)粉砂土質(zhì)的道路路基進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。粉砂土質(zhì)是城市環(huán)境中常見的土質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要通過(guò)干密度和土中含水量來(lái)判斷其土質(zhì)特性。在路基施工的過(guò)程中要分層均勻碾壓，才能提升路基壓實(shí)度和路基質(zhì)量。此處的試驗(yàn)過(guò)程是每壓實(shí)一層，就按照該文的方法進(jìn)行路基回彈模量的快速檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)路基施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判。

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)每層土質(zhì)選擇4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每層土質(zhì)均勻鋪蓋后，分別執(zhí)行5次壓實(shí)，每壓實(shí)一次測(cè)定一次土質(zhì)的彈性模量。

2.1 第一層土質(zhì)進(jìn)行壓實(shí)處理和彈性模量測(cè)量

據(jù)此，可以繪制出道路路基第一層土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系曲線，如圖2所示。

量之間的關(guān)系

從圖2可以看出，在第一層土質(zhì)的第一次壓實(shí)之后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在22 MPa～28 MPa變化；經(jīng)過(guò)第二次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在54 MPa～60 MPa變化；經(jīng)過(guò)第三次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在72 MPa～78 MPa變化；經(jīng)過(guò)第四次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在78 MPa～85 MPa變化；經(jīng)過(guò)第四次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在78 MPa～85 MPa變化。從圖2中的曲線可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，粉砂土質(zhì)的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實(shí)處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實(shí)，路基第一層回彈模量則趨于穩(wěn)定，表明路基已經(jīng)得到充分壓實(shí)。

圖2 第一層粉砂土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系

2.2 第五層土質(zhì)進(jìn)行壓實(shí)處理和彈性模量測(cè)量

第五層土質(zhì)是粉砂路基的最后一層土質(zhì)鋪設(shè)，仍然按照第一層土質(zhì)的操作和測(cè)量方法得到第五層粉砂土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 第五層粉砂土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系

從圖3中的曲線可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，粉砂土質(zhì)的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實(shí)處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實(shí)，路基第一層回彈模量則趨于穩(wěn)定。和第一層的壓實(shí)操作相比，粉砂土質(zhì)路基的回彈模量已經(jīng)達(dá)到了比較高的水平，表明路基得到了充分壓實(shí)。

3 水泥土質(zhì)的城市道路路基檢測(cè)試驗(yàn)

在某些降雨量多的城市，水泥土質(zhì)也是非常常見的情況。因此接下來(lái)對(duì)水泥土質(zhì)的道路路基進(jìn)檢測(cè)試驗(yàn)。在路基施工的過(guò)程中要分層均勻碾壓，才能提升路基壓實(shí)度和路基質(zhì)量。此處的試驗(yàn)過(guò)程是每壓實(shí)一層，就按照該文的方法進(jìn)行路基回彈模量的快速檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)路基施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判。

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)每層土質(zhì)選擇4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每層土質(zhì)均勻鋪蓋后，分別執(zhí)行5次壓實(shí)，每壓實(shí)一次測(cè)定一次土質(zhì)的彈性模量。和粉砂土質(zhì)相比，水泥土質(zhì)路基的層數(shù)要多寫，該文選擇了七層。

3.1 第一層土質(zhì)進(jìn)行壓實(shí)處理和彈性模量測(cè)量

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以繪制出道路路基第一層土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系曲線，如圖4所示。

圖4 第一層水泥土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系

從圖4可以看出，在第一層土質(zhì)的第一次壓實(shí)之后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在58 MPa～63 MPa變化；經(jīng)過(guò)第二次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在88 MPa～100 MPa變化；經(jīng)過(guò)第三次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在104 MPa～118 MPa變化；經(jīng)過(guò)第四次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在113 MPa～120 MPa變化；經(jīng)過(guò)第四次壓實(shí)以后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的彈性模量在113 MPa～123 MPa變化。從圖4中的曲線可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，水泥土質(zhì)的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實(shí)處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實(shí)，路基第一層回彈模量已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，表明路基已經(jīng)得到充分壓實(shí)。

3.2 第七層土質(zhì)進(jìn)行壓實(shí)處理和彈性模量測(cè)量

第七層土質(zhì)是水泥路基的最后一層土質(zhì)鋪設(shè)，仍然按照第一層土質(zhì)的操作和測(cè)量方法得到第七層水泥土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系，如圖5所示。

圖5 第七層水泥土質(zhì)壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間的關(guān)系

從圖5中的曲線可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，水泥土質(zhì)的路基第一層回彈模量不斷增加，前3次壓實(shí)處理的增加幅度十分明顯，到第4次和第5次壓實(shí)，路基第一層回彈模量則趨于穩(wěn)定。和第一層的壓實(shí)操作相比，水泥土質(zhì)路基的回彈模量的數(shù)值范圍基本相當(dāng)，這一點(diǎn)是與粉砂土質(zhì)路基的不同之處。

4 結(jié)論

城市道路路基是城市交通系統(tǒng)的重要支撐和有力保障。為了確保城市道路路基的安全運(yùn)營(yíng)和施工質(zhì)量，該文提出了一種快速無(wú)損檢測(cè)方法。這種方法首先在路基沉降和路基材質(zhì)回彈模量之間建立了關(guān)系，其次分別對(duì)比了線性關(guān)系模型、指數(shù)關(guān)系模型、對(duì)數(shù)關(guān)系模型和冪關(guān)系模型，最終確定了以冪模型通過(guò)正常彈性模量快速計(jì)算回彈模量的方法。試驗(yàn)過(guò)程中，分別以粉砂材質(zhì)的路基和水泥材質(zhì)的路基為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了壓實(shí)次數(shù)和回彈模量之間關(guān)系的測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，該文方法可以快速有效地完成道路路基質(zhì)量的檢測(cè)。