公路路基回彈模量現場檢測技術對比研究

劉劍

（駐馬店市公路管理局，河南駐馬店 463000）

公路路基回彈模量現場檢測技術對比研究

劉劍

（駐馬店市公路管理局，河南駐馬店 463000）

結合路基回彈模量檢測工程實踐，分析了現場承載板法、貝克曼梁（BB）法等靜態檢測技術與FWD（PFWD）法、瑞利波法、實時在線檢測等動態檢測技術的特點，并對不同方法測得的路基回彈模量進行了相關性分析。結果表明，靜態檢測技術難以反映路基在行車荷載作用下的力學響應，動態檢測技術能較好地反映路基在動荷載作用下的變形特性，且具有快速、便捷、高效的特性；路基動態回彈模量與靜態回彈模量的相關性顯著，可用于路基回彈模量的快速檢測和評價。

公路；路基；回彈模量；靜態模量；動態模量；相關性分析

路基是道路的支撐結構物，為保證道路使用性能，路基設計與施工除要滿足整體穩定性要求外，還要嚴格控制其變形量，從而為路面提供堅實的支撐。中國瀝青砼及水泥砼道路設計、施工及使用性能評價中，通常采用路基回彈模量反映路基的抗變形能力。因此，路基回彈模量檢測技術研究對道路施工質量控制和提高有著重大意義。

目前道路工程中應用較多的路基回彈模量檢測方法主要有現場承載板法、貝克曼梁（BB）彎沉法、FWD法、瑞利波法等。為了實現路基回彈模量的同步檢測，淺層面波測試法、動力連續同步檢測技術在道路工程中也逐漸得到應用。上述方法中，現場承載板法與BB法為靜態檢測方法，所測路基回彈模量為靜態模量；FWD法、瑞利波法、淺層面波測試法及動力連續同步檢測技術為動態檢測方法，所測路基回彈模量為動態模量。該文通過總結各現場檢測方法在路基回彈模量測試中的應用，分析和評價不同測試方法的優缺點，并初步建立各測量值間的關系，為路基工程設計和施工提供參考。

1 靜態檢測方法的工程應用

1.1現場承載板法

現場承載板法利用承載板對路基逐級加載、卸載，測定各級荷載所對應的回彈變形值，進而求得路基回彈模量，該回彈模量可用于路面設計。該方法是路基回彈模量測定的標準方法之一，在公路工程中應用廣泛。表1為現場承載板法在部分公路工程路基回彈模量檢測中的應用。

從表1可以看出：采用現場承載板法進行檢測時，隨著回彈變形的增加，路基回彈模量測量值有所降低，最大可達14.0 MPa。這是由于加載上限的增加導致路基發生部分塑性變形，使其回彈模量測量值減小。

表1　承載板法測試路基回彈模量示例

路基彈性模量的較小變化就會對路面結構設計產生顯著影響，導致設計浪費或不滿足安全要求。采用現場承載板法檢測路基回彈模量的難點在于合理確定試驗加載上限，使其與道路路基實際受力和變形特性相一致，從而避免或降低路面設計偏差。此外，現場承載板法較繁瑣，效率低，難以滿足公路工程中快速檢測的需要；該方法所測回彈模量為靜態模量，難以完全反映路基在車輛動荷載作用下的變形特性，尤其是高速公路路基在車輛荷載作用下的動力變形特性。

1.2BB法

BB法是利用彎沉儀測量路面在標準差作用下的回彈彎沉值，通過公式反算求得路基回彈模量。該方法加載方式直觀，測點位置改變方便，在公路工程路基回彈模量檢測中也得到廣泛應用。

采用BB法檢測路基回彈模量的關鍵在于路基彎沉值的測量。表2為BB法在部分公路工程中所測得的路基彎沉值。

表2　BB法測試路基彎沉值檢測結果

從表2可以看出：BB法測量路基回彈模量時，其彎沉值測量結果變異性較大，最大可達25%。這可能是由路基施工中壓實度不均勻造成的，也可能是檢測誤差造成的。

另外，BB法應用中影響因素較多，彎沉車輪胎荷載與充氣壓力、車速、BB側頭垂直度、測點位置、支點變形、環境因素、人為因素及現場管理等都會對其檢測精度帶來影響。與現場承載板法一樣，BB法所測路基回彈模量為靜態模量，難以反映路基在行車動荷載作用下的變形特性。

2 動態檢測方法的工程應用

2.1FWD法與PFWD法

FWD法利用落錘式彎沉儀測量路基在沖擊荷載下的動態彎沉值，通過彎沉值反算路基回彈模量。該方法是國外公路工程中評定路基回彈模量的主要方法，中國JTG E60-2008《公路路基路面形成測試規程》也將FWD法列為彎沉檢測方法。

FWD法檢測路基回彈模量能施加動態荷載，可快速、可靠地檢測路基在動荷載作用下的變形特性。但FWD法現場檢測時所施加的荷載往往明顯大于實際工程中路基可能承受的行車荷載，導致路基發生塑性變形，影響回彈模量測量結果。此外，FWD法現場檢測成本較高，設備運輸費時、費力。為克服FWD法的不足，在FWD的基礎上開發了便攜式落錘彎沉儀（PFWD），該儀器具有便于攜帶、操作簡單、精度高、自動記錄等特點。利用PFWD法檢測路基回彈模量時，能模擬行車荷載作用，并實時檢測路基彎沉值和動彈性模量，能反映路基在實際工況下的變形特性，從而有效控制路基施工質量。近年來，FWD及PFWD法在中國公路工程施工中均得到廣泛應用。表3為FWD與PFWD法在部分路段檢測路基回彈模量的結果。表3所示路基回彈模量變異系數較大，這可能是由于路基壓實度不均勻造成的。

表3　FWD（PFWD）法測試路基回彈模量示例

2.2瑞利波法

瑞利波傳播速度與傳播介質的彈性參數理論關系明確，且在均勻介質中瑞利波傳播速度與頻率無關，即無頻散性，這種基本特性使其可用于路基施工質量檢測。理論上，路基動彈性模量Ed與瑞利波波速vR存在以下關系：

式中：ρ為路基密度；μ為泊松比。

表4為蕪馬（馬鞍山—蕪湖）高速公路工程采用瑞利波法測定路基回彈模量的結果。工程應用中可通過統計分析求得路基動、靜回彈模量的轉換系數α=E0/Ed，將瑞利波法測得的動彈性模量轉換為工程中常用的靜彈性模量。

表4　瑞利波法測試路基回彈模量示例

2.3實時在線檢測技術

上述路基回彈模量現場檢測方法均為點式檢測法，工程應用中存在“以點代面”問題，且均須在路基碾壓完成后方可進行檢測，難以實時控制路基施工質量。為快速、可靠、方便、及時、全面地檢測路基回彈模量，開發了實時在線檢測技術和動力連續同步檢測技術（CCC）等。

實時在線檢測技術利用振動壓路機碾壓路基土時壓路機振動輪與路基土的動力響應服從雙自由度動力學數學模型的原理，當壓路機的振動頻率、振幅不變時，可認為振動輪的加速度只與路基土的剛度和阻尼相關，若能測定壓路機碾壓過程中振動輪的加速度，通過分析換算即可得到反映路基剛度的力學參數R，進而由R與路基回彈模量的擬合關系求得路基回彈模量。圖1為葉為民等通過現場試驗得到的路基回彈模量與實時在線檢測反算動剛度R的關系。

圖1　實時在線檢測回彈模量-動剛度關系

從圖1可以看出：路基動剛度R與回彈模量基本呈線性關系，實時在線檢測技術可用于路基回彈模量測試。

需注意的是，運用實時在線檢測技術進行路基回彈模量測試時，首先要做好參數標定，否則測量結果可靠性將大大降低。

3 路基回彈模量相關性分析

3.1BB法與承載板法

圖2為京滬（北京—上海）和瑞贛（瑞金—贛州）高速公路采用承載板法和BB法所測路基回彈模量及其相關性分析。

圖2　BB試驗與承載板試驗路基回彈模量關系

由圖2可知：盡管路基土材料不同，采用BB法反算得到的路基回彈模量與承載板試驗結果均具有良好的一致性。對于同種路基，由于施工過程中壓實度均勻性存在偏差，所測路基回彈模量呈現出較明顯的離散性。

3.2PFWD與BB法

圖3為瑞贛高速公路采用PFWD法與BB法檢測路基回彈模量的結果及其相關性分析。

圖3　瑞贛高速公路路基回彈模量PFWD與BB試驗結果相關性分析

由圖3可知：路基回彈模量檢測中，PFWD法與BB法所得路基彎沉值具有較好的線性相關性，尤其是碎石土和隧道礦渣路基。但需注意的是，對于圖3所給出的3種路基條件，無論是采用PFWD法還是BB法，所測路基彎沉值均呈現出顯著的離散性。這是由于路基彎沉值與壓實均勻性密切相關，路基施工均勻性越好，則其彎沉值變異系數越小；反之，路基施工均勻性越差，則路基彎沉值變異系數越大。

3.3瑞利波與承載板試驗

圖4為蕪馬高速公路和通惠大道采用瑞利波和承載板法所測路基回彈模量及其相關性分析。

圖4　路基回彈模量瑞利波法與承載板試驗結果相關性分析

由圖4可以看出：瑞利波法所測路基動回彈模量與承載板所測靜回彈模量之間存在較好的相關性。相比承載板試驗，瑞利波法檢測路基回彈模量快捷、高效、經濟，能有效用于路基施工質量和力學性能評價。

4 結論

（1）現場承載板法及貝克曼梁法所測路基回彈模量均為靜態回彈模量，難以反映路基在行車荷載作用下的變形特性。現場承載板法難以合理確定加載上限，可能導致測量結果與實際偏差較大；貝克曼梁法的測量結果受彎沉車輪胎荷載、充氣壓力等因素的影響，可能產生較大測量誤差。

（2）FWD（PFWD）法能模擬行車荷載特性，反映路基在動荷載作用下的力學響應；瑞利波法能有效檢測路基的分層回彈模量，有利于保證路基施工質量；實時在線檢測技術可克服傳統檢測方法“以點帶面”和滯后性等不足，將回彈模量檢測與路基填筑相結合，實現路基碾壓時同步檢測回彈模量，控制路基填筑質量。與靜態檢測方法相比，動態檢測方法具有快速、便捷、高效等特性，值得在公路路基檢測中推廣應用。

（3）現場承載板試驗與BB試驗所測路基靜態回彈模量間、動態檢測方法所測路基動態回彈模量與靜態回彈模量間的相關性較好，說明進行路基回彈模量動態檢測能很好地反映路基的回彈模量，可用于路基施工質量控制。

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