公路路基路面檢測(cè)回彈彎沉檢測(cè)法研究

摘要 該研究聚焦于公路路基與路面性能評(píng)估中的回彈彎沉檢測(cè)法，通過系統(tǒng)分析回彈彎沉檢測(cè)法的原理、操作流程及數(shù)據(jù)處理方法，驗(yàn)證了其在反映路基路面承載能力、評(píng)價(jià)材料性能及預(yù)測(cè)潛在病害方面的有效性，進(jìn)一步探討了檢測(cè)參數(shù)優(yōu)化與標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施的策略。研究成果旨在為類似公路工程建設(shè)與維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 公路工程；路基路面；回彈彎沉檢測(cè)法

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0067-03

0 引言

公路路基作為支撐路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性與強(qiáng)度直接關(guān)系到整個(gè)道路的使用性能和壽命。而路面作為直接承受車輛荷載和自然環(huán)境作用的表面層，其性能狀況更是直接影響到行車安全和乘客的舒適度。在公路建設(shè)過程中，采用科學(xué)合理的檢測(cè)方法對(duì)路基路面進(jìn)行定期檢測(cè)與評(píng)估，是確保公路工程質(zhì)量、延長使用壽命、提高行車安全性的重要手段。文章旨在通過對(duì)回彈彎沉檢測(cè)法的深入研究，探討其在公路路基路面檢測(cè)中的具體應(yīng)用及其影響因素，為公路工程的質(zhì)量控制和安全評(píng)估提供一定參考價(jià)值。

1 回彈彎沉檢測(cè)方法分類

1.1 靜態(tài)彎沉測(cè)試法

（1）貝克曼梁法

貝克曼梁法，作為靜態(tài)彎沉檢測(cè)領(lǐng)域的經(jīng)典手段，其核心機(jī)制根植于杠桿原理的運(yùn)用。該方法通過施加于路面的載重汽車作為加載源，隨后利用精密儀器如百分表，精確捕捉并記錄路面在加載與卸載循環(huán)中展現(xiàn)的回彈性變形量。這一過程揭示了路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，為評(píng)估其承載能力及耐久性提供了重要依據(jù)。

貝克曼梁法的特點(diǎn)是操作相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)人員的要求不高，適用范圍廣泛。其測(cè)試效率相對(duì)較低，難以滿足大規(guī)模或快速檢測(cè)的需求。同時(shí)，無論是加載設(shè)備的操作、測(cè)量儀器的校準(zhǔn)，還是數(shù)據(jù)的記錄與分析，都可能因操作人員的不同而產(chǎn)生差異，這種差異在一定程度上限制了測(cè)試結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性，使得測(cè)試結(jié)果可能存在一定的誤差范圍。

（2）自動(dòng)彎沉儀法

自動(dòng)彎沉儀法作為現(xiàn)代道路檢測(cè)技術(shù)的一種進(jìn)步，其工作原理與經(jīng)典的貝克曼梁法有著異曲同工之妙，但在實(shí)際操作與性能上實(shí)現(xiàn)了顯著的飛躍。該方法同樣基于路面在加載與卸載過程中的回彈變形量進(jìn)行測(cè)量，但將位移傳感器等高精度自動(dòng)化設(shè)備融入了測(cè)試流程，徹底替代了傳統(tǒng)的人工操作，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過程的自動(dòng)化與連續(xù)化。

自動(dòng)彎沉儀法的核心優(yōu)勢(shì)在于其測(cè)試速度的大幅提升。能夠迅速完成多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，顯著縮短了整體測(cè)試周期，滿足了現(xiàn)代道路檢測(cè)對(duì)于高效、快捷的需求。通過連續(xù)不斷的測(cè)試，該方法能夠更全面地捕捉路面在不同位置的變形特性，為道路狀況的綜合評(píng)估提供了更為豐富和細(xì)致的數(shù)據(jù)支持。

自動(dòng)彎沉儀法的應(yīng)用極大地減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)方法中煩瑣的手動(dòng)操作被高度集成的自動(dòng)化設(shè)備所取代，使得測(cè)試過程更加簡(jiǎn)便、快捷。由于減少了人為因素的干擾，如讀數(shù)誤差、操作不當(dāng)?shù)龋瑴y(cè)試結(jié)果也更為準(zhǔn)確可靠。這種準(zhǔn)確性的提升不僅有助于更精準(zhǔn)地評(píng)估道路質(zhì)量，也為后續(xù)的維護(hù)和改進(jìn)工作提供了更加堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)試法

落錘式彎沉儀法（FWD）通過集成化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，液壓機(jī)制被激活以啟動(dòng)落錘式彎沉儀的核心組件——落錘裝置。在此過程中，一個(gè)設(shè)定質(zhì)量的落錘在無阻礙條件下從固定高度自由墜落，其強(qiáng)大的沖擊力被導(dǎo)向承載板，并迅速分散至路面結(jié)構(gòu)中。這一沖擊效應(yīng)導(dǎo)致路面表面瞬間發(fā)生形變，而這一系列形變過程被布置于多個(gè)距離測(cè)試點(diǎn)位置的傳感器所捕捉。傳感器收集的數(shù)據(jù)經(jīng)高效記錄系統(tǒng)即時(shí)轉(zhuǎn)送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，從而精確地描繪出路面在動(dòng)態(tài)荷載作用下的彎沉響應(yīng)及其在空間上的擴(kuò)展形態(tài)，即彎沉盆的形成與分布。

該方法屬于動(dòng)態(tài)測(cè)試，能夠模擬實(shí)際行車荷載對(duì)路面的作用，測(cè)試結(jié)果更加接近實(shí)際情況。同時(shí)，測(cè)試速度快、精度高，且能夠反算路面的回彈模量等參數(shù)，為路面結(jié)構(gòu)承載能力的評(píng)估提供了更為全面的數(shù)據(jù)支持。在國際上被廣泛應(yīng)用，是高等級(jí)公路彎沉檢測(cè)的主要手段之一。

2 靜態(tài)彎沉檢測(cè)過程

2.1 貝克曼梁法

（1）試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

對(duì)測(cè)試用標(biāo)準(zhǔn)車輛進(jìn)行全面檢查，確保其制動(dòng)性能優(yōu)越且輪胎充氣壓力準(zhǔn)確無誤（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值為0.7 MPa）。

隨后，通過精確計(jì)量，向后車廂加載指定質(zhì)量的重物（如鐵質(zhì)配重或集料），并利用地中衡校準(zhǔn)后軸總質(zhì)量至規(guī)定范圍，確保測(cè)試期間軸重恒定不變。接著，在潔凈、堅(jiān)硬的測(cè)試路面上，運(yùn)用千斤頂技術(shù)輕輕抬起車輛后軸，隨后在輪胎正下方鋪設(shè)新復(fù)寫紙。通過緩慢釋放千斤頂壓力，使輪胎輕壓復(fù)寫紙，在方格紙上形成清晰可辨的印跡。利用專業(yè)的求積工具或方格計(jì)數(shù)技巧，精確測(cè)量并記錄下輪胎與路面接觸的面積，精度達(dá)到0.1 cm2。同時(shí)，對(duì)貝克曼梁彎沉儀進(jìn)行全面檢查，特別是其百分表的測(cè)量靈敏度，以保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。此外，還需準(zhǔn)備一系列輔助工具，如路面溫度計(jì)（接觸式）、皮尺、通訊口哨、標(biāo)記工具（白油漆或粉筆），以及指揮旗等，并詳細(xì)記錄路面施工時(shí)的材料詳情、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、厚度參數(shù)、施工工藝流程及后期維護(hù)狀況。貝克曼梁法所用標(biāo)準(zhǔn)車主要技術(shù)參數(shù)如下表1所示。

（2）測(cè)試步驟

根據(jù)測(cè)試的具體需求，在測(cè)試路段布置一系列測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)精確落在路面行車車道的典型輪胎軌跡帶上，并使用醒目的白色油漆或粉筆進(jìn)行標(biāo)記。隨后，調(diào)整試驗(yàn)車的后輪輪隙，使其對(duì)準(zhǔn)每個(gè)測(cè)點(diǎn)前方約3～5 cm的區(qū)域。緊接著，將彎沉儀順著汽車后輪間的縫隙平穩(wěn)插入，確保其延伸方向與汽車行駛方向一致，同時(shí)確保彎沉儀的梁臂與輪胎保持足夠的安全距離，防止相互接觸。將彎沉儀的測(cè)頭精準(zhǔn)放置于測(cè)點(diǎn)上，即位于后輪輪隙中心前方約3～5 cm的位置，并在彎沉儀的測(cè)定桿上安裝百分表，進(jìn)行細(xì)致的調(diào)零操作。

測(cè)試啟動(dòng)后，測(cè)定員以哨聲為信號(hào)，指揮汽車以約5 km/h的速度平穩(wěn)向前行駛。隨著路面變形的逐漸顯現(xiàn)，百分表的指針會(huì)隨之連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)指針達(dá)到其最大值時(shí)，測(cè)定員需立即記錄此時(shí)的初讀數(shù)L1。隨后，汽車?yán)^續(xù)前行，百分表指針開始反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)汽車完全駛離彎沉影響區(qū)域（至少3 m距離）后，測(cè)定員再次發(fā)出停車信號(hào)（可通過哨聲或揮動(dòng)紅旗實(shí)現(xiàn)）。待百分表指針穩(wěn)定后，讀取并記錄終讀數(shù)L2。整個(gè)測(cè)試過程中，嚴(yán)格控制汽車的前進(jìn)速度。

（3）彎沉儀的支點(diǎn)變形修正

支點(diǎn)變形檢驗(yàn)：使用另一臺(tái)專門用于檢驗(yàn)的彎沉儀，在相同的測(cè)試條件下進(jìn)行支點(diǎn)變形檢驗(yàn)。將檢驗(yàn)用彎沉儀的支座放置在待測(cè)路面上，確保與主測(cè)彎沉儀的支座位置相近或相同。觀察并記錄檢驗(yàn)用彎沉儀百分表的讀數(shù)。如果百分表有讀數(shù)，說明存在支點(diǎn)變形。

記錄與修正：如果檢驗(yàn)用彎沉儀的百分表顯示有讀數(shù)，則記錄該讀數(shù)作為支點(diǎn)變形的量度。根據(jù)記錄的讀數(shù)，對(duì)主測(cè)彎沉儀的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行支點(diǎn)變形修正。修正值應(yīng)從主測(cè)彎沉儀的讀數(shù)中減去檢驗(yàn)用彎沉儀的讀數(shù)。

重復(fù)測(cè)定與平均值：當(dāng)在同一結(jié)構(gòu)層上進(jìn)行多次測(cè)定時(shí)（例如，在同一路段的不同位置測(cè)定5次），每次測(cè)定都應(yīng)進(jìn)行上述的支點(diǎn)變形檢驗(yàn)和修正。計(jì)算所有修正后讀數(shù)的平均值，作為該結(jié)構(gòu)層在該測(cè)試條件下的彎沉代表值。在后續(xù)的測(cè)定中，可以以此平均值作為基準(zhǔn)，對(duì)新的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修正，以提高測(cè)量的一致性和準(zhǔn)確性。

（4）結(jié)果計(jì)算及溫度修正

回彈彎沉值計(jì)算公式如下：

式中，Lr——當(dāng)路面溫度為r時(shí)對(duì)應(yīng)的回彈彎沉計(jì)算結(jié)果（0.01 mm）；L1——當(dāng)車輪中心與測(cè)頭臨近時(shí)百分表最大讀數(shù)（0.01 mm）；L2——標(biāo)準(zhǔn)車從彎沉影響半徑駛出后百分表對(duì)應(yīng)的讀數(shù)（0.01 mm）[1]。不同等級(jí)的公路和路面類型有不同的保證率系數(shù)。

瀝青面層厚度大于5 cm且路面溫度超過（20±2）℃范圍時(shí)，回彈彎沉值應(yīng)進(jìn)行溫度修正。其計(jì)算需按照以下步驟實(shí)施：

中面層平均溫度計(jì)算得出：

式中，r——測(cè)定過程中面層平均溫度（℃）；r25——路表面以下25 mm深度處實(shí)際溫度（℃）；rm——面層中間深度處實(shí)際溫度（℃）；re——面層底部實(shí)際溫度（℃）。

回彈彎沉采用以下公式計(jì)算得出：

式中，L20——將溫度換算成20℃后的面層回彈彎沉；Lr——當(dāng)路面溫度為r時(shí)對(duì)應(yīng)的回彈彎沉計(jì)算結(jié)果；K——溫度修正系數(shù)[2]。

2.2 自動(dòng)彎沉儀法

自動(dòng)彎沉儀法與貝克曼梁法類似，只是將百分表更換為位移傳感器。該方法通過測(cè)量地面上標(biāo)志物的水平位移和垂直位移，來推斷地殼或路面的變形情況。

自動(dòng)彎沉儀由基準(zhǔn)平臺(tái)和測(cè)量桿組成?；鶞?zhǔn)平臺(tái)上有一根垂直放置的測(cè)量桿，該測(cè)量桿上有一系列的測(cè)量標(biāo)志，用于記錄地面的垂直和水平位移?；鶞?zhǔn)平臺(tái)一端連接在固定的大地上，另一端連接著水平軸，使其能夠在水平面上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)貧せ蚵访姘l(fā)生變形時(shí)，地面上的標(biāo)志物會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的水平和垂直位移。自動(dòng)彎沉儀通過對(duì)比測(cè)量桿上的標(biāo)志物在原始位置和變形后位置的差異，就可以確定地殼或路面的沉降和彎曲情況。

以Lacroix型自動(dòng)彎沉儀為例，其主要由承載車、測(cè)量機(jī)架及控制系統(tǒng)、位移傳感器、溫度和距離傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等基本部分組成。承載車為單后軸、單側(cè)雙輪組的載重車，其軸載、輪胎氣壓等參數(shù)需符合特定要求。位移傳感器具有高精度和高分辨率，能夠準(zhǔn)確記錄地面標(biāo)志物的位移變化。

3 動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)

3.1 落錘式彎沉儀法

落錘式彎沉儀法（Falling Weight Deflectometer，簡(jiǎn)稱FWD）是一種先進(jìn)的路面檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于公路路基路面的回彈彎沉檢測(cè)中。落錘式彎沉儀主要由以下幾部分組成：落錘裝置：包括落錘、導(dǎo)向裝置、高度調(diào)整機(jī)構(gòu)等，用于產(chǎn)生沖擊荷載。

承載板：用于將落錘的沖擊力均勻傳遞到路面上。

傳感器系統(tǒng)：包括位移傳感器、荷載傳感器等，用于測(cè)量路面的變形和沖擊荷載。

記錄與處理系統(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等，用于記錄和處理測(cè)量數(shù)據(jù)。

測(cè)試流程：檢查設(shè)備狀態(tài)，確保各部件正常工作。設(shè)置落錘的質(zhì)量、落高及測(cè)試參數(shù)。將承載板放置在測(cè)點(diǎn)上，安裝傳感器系統(tǒng)，并進(jìn)行校準(zhǔn)。啟動(dòng)落錘裝置，使落錘自由落下沖擊路面。同時(shí)，傳感器系統(tǒng)記錄路面的變形數(shù)據(jù)。將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，得到路面的彎沉值和彎沉盆數(shù)據(jù)。

落錘式彎沉儀采用非接觸式測(cè)量方式，不會(huì)對(duì)路面造成破損。測(cè)量速度快，能在短時(shí)間內(nèi)完成大量測(cè)點(diǎn)的測(cè)量；且測(cè)量精度高，能準(zhǔn)確反映路面的變形情況。通過模擬車輛行駛時(shí)的動(dòng)態(tài)沖擊作用，能更真實(shí)地反映路面在行車荷載下的性能。配備先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。適用于不同類型、不同等級(jí)的路面檢測(cè)。

3.2 激光式彎沉測(cè)試儀法

激光式彎沉測(cè)試儀法是一種先進(jìn)的路面檢測(cè)技術(shù)，專門用于測(cè)定路面微小彎沉，這種微小彎沉通常在微米數(shù)量級(jí)。以下是對(duì)激光式彎沉測(cè)試儀法的詳細(xì)介紹：

（1）基本原理

激光式彎沉測(cè)試儀利用激光技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換原理，通過測(cè)量路面在荷載作用下的微小變形來評(píng)估路面的承載能力和質(zhì)量狀況。具體而言，當(dāng)測(cè)試儀固定在路面上并受到車輛駛離等荷載作用時(shí)，路面會(huì)產(chǎn)生回彈變形，這一變形會(huì)帶動(dòng)測(cè)試儀中的硅光電池測(cè)頭上升或下降，從而改變激光束照射到硅光電池上的位置，進(jìn)而產(chǎn)生光電流的變化。通過測(cè)量光電流的大小，可以計(jì)算出路面回彈變形的數(shù)值，即路面回彈彎沉值。

（2）設(shè)備組成

激光式彎沉測(cè)試儀主要由激光器、光電轉(zhuǎn)化測(cè)頭、放大器、電橋、顯示表頭以及必要的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。其中，激光器發(fā)出激光束，光電轉(zhuǎn)化測(cè)頭將激光能量轉(zhuǎn)化為電能，放大器用于放大光電流信號(hào)，電橋用于補(bǔ)償調(diào)零以消除干擾，顯示表頭則用于顯示測(cè)量結(jié)果。

（3）測(cè)試流程

檢查測(cè)試儀各部件是否正常工作，確保激光器、光電轉(zhuǎn)化測(cè)頭、放大器、電橋和顯示表頭等設(shè)備處于良好狀態(tài)。同時(shí)，準(zhǔn)備好必要的電源和連接線等輔助設(shè)備。將測(cè)試儀固定在路面上汽車的后輪隙中或其他合適位置，確保測(cè)試儀與路面緊密接觸且穩(wěn)定可靠。然后進(jìn)行儀器校準(zhǔn)工作，以得到實(shí)用的“標(biāo)定線”。啟動(dòng)測(cè)試儀并設(shè)置測(cè)試參數(shù)。當(dāng)車輛駛離被測(cè)點(diǎn)時(shí)，路面回彈帶動(dòng)硅光電池測(cè)頭上升或下降，激光束照射到硅光電池上的位置發(fā)生變化，從而產(chǎn)生光電流。測(cè)試儀通過測(cè)量光電流的大小來計(jì)算路面回彈變形的數(shù)值。將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析。根據(jù)需要可以輸出路段彎沉檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果或繪制彎沉盆曲線圖等圖表，以便更直觀地了解路面質(zhì)量狀況。

4 結(jié)論

公路路基路面的質(zhì)量是保障道路安全和舒適性的重要因素，而回彈彎沉檢測(cè)作為評(píng)價(jià)路面質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，其研究具有重要的實(shí)踐意義?；貜棌澇翙z測(cè)通過測(cè)量路面的彈性變形情況，能夠準(zhǔn)確評(píng)估路面的結(jié)構(gòu)性能和穩(wěn)定性，為道路維護(hù)和改善提供重要參考依據(jù)?；貜棌澇翙z測(cè)方法在公路路基路面檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，可以用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工控制和驗(yàn)收、舊路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)等多個(gè)環(huán)節(jié)。通過深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，可以不斷提高公路路面質(zhì)量和使用壽命，為公路建設(shè)和維護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張東琴.回彈彎沉檢測(cè)技術(shù)在公路承載力評(píng)估中的應(yīng)用研究[J].交通科技與管理， 2024（6）：107-109.

[2]許旭卯，張禹筍，余苗苗，等.基于雙后軸的貝克曼梁法測(cè)試路基回彈彎沉的可行性研究[J].浙江建筑， 2023（3）：88-91.

收稿日期：2024-08-22

作者簡(jiǎn)介：李燕（1988—），女，本科，工程師，研究方向：試驗(yàn)與檢測(cè)。