路基工程回彈模量檢測(cè)方法的對(duì)比分析

汪一波

（貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

路基是路面的支撐結(jié)構(gòu)。為保證路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，路基結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工需滿足整體穩(wěn)定性要求。在我國(guó)道路設(shè)計(jì)、施工和路用性能評(píng)價(jià)中廣泛采用回彈模量來(lái)反映路基抗變形的能力。因此，研究路基回彈模量檢測(cè)技術(shù)對(duì)確保道路施工質(zhì)量意義重大[1]。工程實(shí)踐中常用的檢測(cè)方法包括現(xiàn)場(chǎng)承載板法、動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀法、貝克曼梁法（BB）、落錘式彎沉儀法（FWD）等，不同方法的適用范圍、檢測(cè)效率不同[1-3]。以落錘式彎沉儀法（FWD）法為例，其檢測(cè)結(jié)果更符合實(shí)際路面情況，但與傳統(tǒng)檢測(cè)方法之間銜接不緊密，使得檢測(cè)結(jié)果明顯偏離[4]。該研究以碎石土路基、黃土路基為研究對(duì)象，研究上述檢測(cè)方法之間的相關(guān)性，以更好地控制路基施工質(zhì)量。

1 路基回彈模量影響因素分析

壓實(shí)度、含水量、地質(zhì)條件是影響路基回彈模量的主要因素，其中地質(zhì)條件重點(diǎn)考慮土體組份、液塑限[5]。

（1）地質(zhì)條件：土體的主要成分是粒徑非常不均勻的土壤顆粒。不同粒徑的土壤顆粒的相對(duì)含量是評(píng)價(jià)地質(zhì)條件的關(guān)鍵指標(biāo)。土壤顆粒按粒徑大小分為巨粒顆粒、粗粒顆粒、細(xì)粒顆粒，粒徑劃分為60 mm、0.074 mm。天然土體是大小不同的土壤顆粒的混合物，土體中不同粒徑的顆粒的相對(duì)含量決定其地質(zhì)特性。級(jí)配合理的土體更容易獲得理想的壓實(shí)度，具有更高的彈性模量。

（2）壓實(shí)度：路基土體壓實(shí)是路基工程施工中的重要工序，也是提高路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的有效手段。地質(zhì)條件、含水量不變的前提下，路基回彈模量與土體壓實(shí)度成正比，壓實(shí)度越低，路基土體的承載力越低，路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越低，彈性模量也越低。

（3）含水量：地質(zhì)條件、壓實(shí)度不變的前提下，路基回彈模量與含水量直接相關(guān)。如水分含量很低，路基回彈模量與含水量成正比。如含水量超過(guò)一定數(shù)值，路基回彈模量與含水量成反比。不同類型土體的最佳含水量數(shù)值不同，相應(yīng)的路基回彈模量與含水量的關(guān)系也有差異。

2 路基回彈模量檢測(cè)方法

路基施工階段，需要對(duì)路基的回彈模量進(jìn)行檢測(cè)，借此了解路基的強(qiáng)度、變形能力，通過(guò)這一控制指標(biāo)的檢測(cè)，能充分掌控路基填筑的質(zhì)量水平。

（1）貝克曼梁法：該方法是相關(guān)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的一種靜態(tài)檢測(cè)方法，因?yàn)樵摍z測(cè)方法用途廣泛，操作方便，能更好地表征各種路基的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，通過(guò)百分表的讀數(shù)差衡量豎向變形量，即回彈彎沉值，再按照相關(guān)計(jì)算公式求得回彈模量。但由于車速和輪胎壓力等因素的影響，貝克曼梁法的檢測(cè)結(jié)果可能出現(xiàn)較大誤差[6]。

（2）現(xiàn)場(chǎng)承載板法：該檢測(cè)方法類似于貝克曼梁法。卸除荷載后通過(guò)貝克曼梁法測(cè)得回彈變形量。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量路基回彈模量時(shí)可用剛性承載板，對(duì)其施加0.04 MPa的遞增載荷，然后卸除荷載，1 min 后讀取測(cè)量值。當(dāng)回彈變形量超過(guò)1 mm 時(shí)停止加載。該方法原理簡(jiǎn)單，但操作煩瑣，效率低，容易受人為因素影響。

（3）落錘式彎沉儀法（FWD）：該方法的基本原理是通過(guò)壓力傳感器、位移傳感器記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并計(jì)算動(dòng)態(tài)回彈模量，檢測(cè)效率高，可做到無(wú)損檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)需及時(shí)修正偏差，并考慮路基壓實(shí)度和環(huán)境溫度等因素的影響[7]。

（4）動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀法：通過(guò)確定軸承系數(shù)、回彈模量和加州承載比CBR 沖擊時(shí)間之間的關(guān)系檢驗(yàn)路基壓實(shí)質(zhì)量，檢測(cè)效率高。貫入單位深度需要的錘擊數(shù)越多，壓實(shí)效果越好。工程實(shí)踐中廣泛使用錐角為60°的動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀，需測(cè)量的參數(shù)主要包括貫入度、加州承載比和回彈模量。

3 路基回彈模量試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)用原材料

（1）碎石土。對(duì)比細(xì)粒土，碎石土的應(yīng)用范圍更加廣泛，且強(qiáng)度更高、變形量更小。該試驗(yàn)科學(xué)選取土樣，土體中碎石占比70%，表1 所示為其級(jí)配組成情況，試驗(yàn)證實(shí)該路基填筑材料具有良好的級(jí)配，是路基填筑中較為適宜的土質(zhì)。

表1 碎石土篩分試驗(yàn)結(jié)果

（2）黃土。該試驗(yàn)所需的黃土源自相關(guān)高速項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)獲取，表2 所示為其技術(shù)指標(biāo)。

表2 黃土的技術(shù)指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)方法

（1）碎石土路基?？茖W(xué)選擇測(cè)點(diǎn)，借助3 種檢測(cè)方法，在施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)碎石路基的回彈模量，隨后分析檢測(cè)結(jié)果，對(duì)每種檢測(cè)方法構(gòu)建回歸模型，計(jì)算統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性[8]。

（2）黃土路基?？茖W(xué)選擇測(cè)點(diǎn)，借助3 種檢測(cè)方法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)黃土路基的回彈模量，隨后現(xiàn)場(chǎng)分析檢測(cè)結(jié)果，最終分別構(gòu)建回歸模型，計(jì)算統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 碎石土路基回彈模量

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果：使用3 種檢測(cè)方法，對(duì)碎石土路基回彈模量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，表3 和圖1 所示為具體的檢測(cè)結(jié)果。

表3 碎石土路基回彈模量檢測(cè)結(jié)果

圖1 采用不同檢測(cè)方法時(shí)碎石土路基回彈模量

經(jīng)過(guò)分析圖1 和表3 中的數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：

（1）三種測(cè)定回彈模量的方法中，承載板法測(cè)得的結(jié)果最大。

（2）分析三種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果，其具有相似的變化趨勢(shì)，表示其相關(guān)性較好。

4.2 碎石土路基回彈模量相關(guān)性分析

通過(guò)使用對(duì)數(shù)、線性、指數(shù)回歸模型分析檢測(cè)點(diǎn)E1、EP的相關(guān)性，表4 所示為具體分析結(jié)果。通過(guò)分析表4 所載明的數(shù)據(jù)可知：

表4 碎石土路基E1 和EP 的相關(guān)性

（1）通過(guò)對(duì)數(shù)回歸模型，可以更好地反映碎石土路E1和EP之間的關(guān)系，同時(shí)這種分析方式獲得關(guān)系最好，最佳相關(guān)系數(shù)是0.796，次之為線性回歸模型。

（2）從整體上看，3 種方式相關(guān)系數(shù)大于0.682，表示上述3 種檢測(cè)方法的轉(zhuǎn)換關(guān)系較為良好。

分析貝克曼梁法獲取的彎沉L 與E0和EP使用對(duì)數(shù)、線性、指數(shù)回歸模型，得到對(duì)應(yīng)的結(jié)果，見(jiàn)表5。

表5 碎石土路基彎沉L 與回彈模量E 的相關(guān)性

通過(guò)表5 數(shù)據(jù)可知：

（1）碎石土路基彎沉L 與E0和EP相關(guān)性良好，其相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.853；線性回歸模型獲得最好的相關(guān)性，指數(shù)模型次之。

（2）從整體上看，L 與EP相關(guān)性最大，表示承載板法獲取的精確度不及FWD 法。

4.3 黃土路基回彈模量

該文研究表面利用落錘式彎沉儀法（FWD），測(cè)得的回彈模量與落錘下落高度成反比[9]。結(jié)合路基工程施工現(xiàn)場(chǎng)情況，采用70 cm 的落錘下落高度。利用FWD 法、現(xiàn)場(chǎng)承載板法分別測(cè)量黃土路基的回彈模量[10]，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 采用不同檢測(cè)方法時(shí)黃土路基回彈模量

從圖2 可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）兩種方法測(cè)定的黃土路基回彈模量變化情況類似，表明二者相關(guān)性強(qiáng)，能相互轉(zhuǎn)換，采用不同檢測(cè)方法時(shí)，黃土路基回彈模量變化如圖3 所示，F(xiàn)WD 法測(cè)定的回彈模量更大。

圖3 采用不同檢測(cè)方法時(shí)黃土路基回彈模量變化

（2）根據(jù)圖3 可以看出兩種檢測(cè)方法測(cè)定的黃土路基回彈模量線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.837 2。

（3）FWD 法、動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀法的相關(guān)性研究：選取貫入深度0.4 m。FWD 法測(cè)得的路基彎沉值、動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀法測(cè)定的貫入度之間的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 黃土路基彎沉值與貫入度的相關(guān)性

（4）根據(jù)表6 可以看出：黃土路基彎沉值、貫入度具有強(qiáng)相關(guān)性，線性、拋物線回歸模型相關(guān)系數(shù)接近，可用線性、拋物線回歸方程表征二者的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

5 結(jié)論

綜上所述，該次研究采用三種檢測(cè)方法對(duì)碎石土、黃土路基回彈模量分別進(jìn)行檢測(cè)，主要結(jié)論如下：

（1）FWD 法檢測(cè)碎石土路基回彈模量與貝克曼梁法、現(xiàn)場(chǎng)承載板法測(cè)得的回彈模量變化類似，相關(guān)性顯著，其中FWD 法、貝克曼梁法測(cè)得的回彈模量之間的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)0.797 7。

（2）對(duì)于黃土路基，現(xiàn)場(chǎng)承載板法、FWD 法測(cè)定的回彈模量可快速轉(zhuǎn)換；FWD 法得到的彎沉值、動(dòng)態(tài)圓錐貫入儀法得到的貫入度，可用線性或拋物線回歸模型表征關(guān)系。

（3）FWD 法能全面客觀地衡量路基施工質(zhì)量。