公路路基回彈模量試驗檢測技術(shù)分析

鄒文剛

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司)

0 引 言

路基回彈模量是公路路基承載能力的主要力學(xué)參數(shù)，對于公路路面的設(shè)計與施工都有著重要的影響。但是路基回彈模量受到公路路基土質(zhì)、含水量、壓實度以及試驗檢測方法等眾多因素的影響，回彈模量試驗檢測數(shù)值精準(zhǔn)性一直不高。為了準(zhǔn)確真實的反映評價公路路基施工質(zhì)量以及路基強度，必須重視公路路基回彈模量的試驗檢測，通過高效快速、便捷準(zhǔn)確的試驗檢測方法與精準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)分析，準(zhǔn)確的評價路基承載力情況以及穩(wěn)定性，進而指導(dǎo)公路工程施工作業(yè)的開展。

1 公路路基回彈模量影響因素分析

(1)壓實度的影響。路基回彈模量在路基土體土質(zhì)類型以及含水量一定的條件下，主要是受到壓實度的影響。大量的試驗檢測數(shù)據(jù)分析研究表明，壓實度與回彈模量之間存在著較好的線性關(guān)系。通常情況下，路基土體的壓實度越高、路基承載能力也就越高，回彈模量也就越大。

(2)含水量與回彈模量的關(guān)系。在公路路基土體類型以及壓實度固定的情況下，含水量是影響公路路基回彈模量的主要因素。兩者之間的關(guān)系為含水量在小于最佳含水量的區(qū)間內(nèi)，回彈模量會隨著含水量的增加而提高;當(dāng)含水量超過最佳含水量的范圍，回彈模量則會隨著含水量的增加而減小。

(3)顆粒組成的影響。由于路基土體是由大小不均勻的顆粒組成，因此在路基土體顆粒組成情況不同下，路基回彈模量自然也會有所不同。根據(jù)相關(guān)的試驗研究數(shù)據(jù)表面，在最佳含水量的條件下，回彈模量與礫粒含量有著直接的關(guān)系，礫粒含量越大，對應(yīng)的回彈模量則越小。

(4)液塑限的影響。液塑限是表征路基粘性土體重要的物理指標(biāo)，液限能夠直觀的反映出路基土體的壓縮性、膨脹性以及收縮性，塑限對應(yīng)的則是土體由塑性向脆性固體轉(zhuǎn)變對應(yīng)的界限含水量。對于粗粒土而言，液塑限對回彈模量的影響相對較小，而對于細(xì)粒土，如果土體呈高塑限和高塑性指數(shù)，則在路基含水量增大時由于土體膨脹，會造成路基土體回彈模量的減小與承載能力的降低。

2 公路路基回彈模量試驗檢測方法分析

2.1 承載板法測試路基回彈模量

承載板法測定路基回彈模量，其測定原理為通過利用標(biāo)準(zhǔn)車、承載板對路基進行逐級加載、卸載，測定每級荷載作用下相應(yīng)的土基回彈變形值，進而計算分析路基的回彈模量。試驗中所需要的設(shè)備、儀具主要有加載設(shè)備、千斤頂、測力計、剛性承載板、路面彎沉儀等。

承載板法測定路基回彈模量的試驗過程為首先整平路基土體表面，并采用細(xì)砂填平路基凹凸不平位置，之后水平安置承載板，并在承載板上放置千斤頂、測力計，在加載汽車后軸架設(shè)反力架橫梁。然后將兩臺彎沉儀的測頭置于承載板立柱支座上，并將測量變形的百分表歸零。在測試的過程中，首先開始采用千斤頂加載，加載至0.05 MPa，穩(wěn)壓1 min，以確保承載板與土基之間能夠緊密接觸，之后卸載，穩(wěn)壓1 min，并將指針對零。在試驗過程中，采用逐級加載試驗方法，荷載小于0.1 MPa 時，按照0.02 MPa 間隔加載，之后每級增加0.04 MPa，當(dāng)最終回彈變形值超過1 mm 后即可停止加載，并取樣測定土體的含水量。最后取走千斤頂，計量百分表讀數(shù)，再將加載汽車開出10 m 以外后重新讀數(shù)，確定百分表讀數(shù)差的平均值即為總影響量。

對于試驗數(shù)據(jù)的計算分析，首先計算各級荷載作用下的回彈變形，即:

回彈變形(L)=(加載后讀數(shù)平均值—卸載后讀數(shù)平均值)×彎沉儀杠桿比;之后計算總變形(L')=(加載后讀數(shù)平均值—加載初始前讀數(shù)平均值)×彎沉儀杠桿比;各級荷載下的土基回彈模量Ei=πD×Pi(1－μ2)/4* L1;土基回彈模量的計算公式為:E0=πD ×∑Pi(1－μ2)/4＊∑L1;公式中:μ 為土的泊松比;D 承載板直徑;Pi為承載板壓力;L1為相對于荷載Pi 的回彈變形(cm)。

2.2 貝克曼梁法測定公路路基回彈模量

貝克曼梁法測定路基回彈模量主要是利用桿桿原理，通過加載汽車對路面加載，并借助百分表記錄分析路基土體表面的回彈彎沉，進而計算土基回彈模量。由于測試方法簡單，因而貝克曼梁法在公路路基回彈模量的試驗檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。采用貝克曼梁法測定公路路基回彈模量主要適用于土基厚度不小于1 m 的粒料整層表面，試驗過程中需要的設(shè)備儀具主要有標(biāo)準(zhǔn)車、貝克曼梁、百分表、接長桿等。在試驗過程中，首先確定測定點，之后選擇面積不小于3 m×2 m，厚度不宜小于1 m 的試槽，并在試槽內(nèi)布置測點。測定過程中采用標(biāo)準(zhǔn)車實測測點處的路面回彈彎沉值Li，并記錄數(shù)據(jù)。

對于路基土體回彈模量的計算，首先計算回彈彎沉的平均值:

L=ΣLi/N;S=〔Σ(Li－L)2〕0.5/(N－1);r0=0.675 ×S

式中:L 為回彈彎沉的平均值(0.01 mm);S 為回彈彎沉測定值的標(biāo)準(zhǔn)差(0.01 mm);r0為回彈彎沉測定的自然誤差(0.01 mm);Li為各測點的回彈彎沉值;N 為測點總數(shù)。

之后計算代表彎沉值及路基土體回彈模量:

L1=L+S;E1=(2pδ/L1)×(1－μ2)×a

式中:L1為計算代表彎沉;p 為測定車輪的平均垂直荷載，MPa;δ 為測定用標(biāo)準(zhǔn)車雙圓荷載單輪傳壓面測量圓的半徑，cm;μ 為測定層材料的泊松比，根據(jù)部頒路面設(shè)計規(guī)范的規(guī)定取用;a 為彎沉系數(shù)，一般取值0.712。

2.3 FWD 評價公路路基回彈模量試驗方法

FWD 即落錘式彎沉儀，其工作原理主要是通過彎沉儀上的重錘在一定高度的自由下落，來模擬標(biāo)準(zhǔn)測試車后軸單側(cè)動荷載，并通過承載板對公路路基施加一半正弦脈沖力，造成路基表面產(chǎn)生變形，并通過落錘式彎沉儀的數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)采集，形成彎沉盆以及最大彎沉等相應(yīng)參數(shù)，進而計算路基回彈模量。采用落錘式彎沉儀測定公路路基回彈模量具有方便快速、安全準(zhǔn)確等一系列的技術(shù)優(yōu)點，現(xiàn)階段在公路路基試驗檢測中，落錘式彎沉儀的應(yīng)用已經(jīng)進入了規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的階段。

采用FWD 測定路基土體的回彈模量，在將彎沉儀運送至測定地點以后，將承載板中心對準(zhǔn)測定點，自動落下承載板，并放下位移傳感器，之后啟動落錘裝置，讓落錘自由落下，使沖擊力作用于承載板之上，并記錄路基土體的變形量，得到最大彎沉和彎沉盆。在實驗過程中，一般控制每一測定點的重復(fù)測定不少于3 次，取平均值作為計算依據(jù)。對于路基回彈模量的計算需要使用反算程序來計算，當(dāng)前在公路路基試驗檢測中應(yīng)用較多的路基回彈模量反算程序主要有PAVERS、BAP、EVERCALC、MODCDMP5、PEDD、MICHBACK、ELMOD4、MODULUS51 等反算程序，反算途徑也主要是通過對彎沉盆的擬合來實現(xiàn)。需要注意的是如果采用落錘式彎沉儀進行路基土體回彈模量的評價分析，還應(yīng)當(dāng)對FWD 法測定的回彈模量與承載板回彈模量之間的相關(guān)性進行分析，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 語

路基回彈模量試驗檢測作為公路項目建設(shè)中關(guān)鍵與基礎(chǔ)性的試驗檢測技術(shù)，對于公路工程的整體施工質(zhì)量控制也具有重要的影響。對于公路路基回彈模量試驗檢測方法的選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)公路路基實際情況，嚴(yán)格按照試驗檢測技術(shù)規(guī)程的相關(guān)要求，進行回彈模量的試驗檢測，并將數(shù)據(jù)精度控制與結(jié)果分析作為重點，準(zhǔn)確的評價公路路基回彈模量實際情況，判定路基的綜合狀況，進而完善公路設(shè)計以及施工方案。

［1］中華人民共和國交通部.公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程(JTG E60－2008)［S］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］中華人民共和國交通部.公路土工試驗規(guī)程(JTG E40－2007)［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］劉兆平，李宜鋒.土基回彈模量與壓實度及含水量的相關(guān)性研究［J］.公路與汽運，2010，(3).