公路路基路面檢測中回彈彎沉檢測方法的應(yīng)用

王 雪

(河南省交通公路質(zhì)監(jiān)有限公司，河南 南陽 473000 )

0 引言

路基路面是公路的重要組成部分，在建設(shè)過程中路基路面質(zhì)量的好壞將直接影響到工程建設(shè)的整體質(zhì)量，甚至?xí)绊懙焦こ痰氖褂脡勖澇潦锹坊访尜|(zhì)量評定的重要檢測指標(biāo)，常見的檢測方法包括貝克曼梁法、落錘式彎沉儀法等。合理選擇檢測方法，才能保證檢測結(jié)果的精確度，為公路維修養(yǎng)護提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

1 回彈彎沉值概述

回彈彎沉值是指標(biāo)準(zhǔn)后軸載雙輪組輪縫中心位置的最大回彈彎沉值，換言之，車輪荷載作用下，汽車運行過程中路面所產(chǎn)生的垂直位移便被稱為彎沉，路基路面綜合承載能力的大小均可由路表測試的回彈彎沉值表示，是衡量路面整體抗壓強度的一個相當(dāng)重要的指標(biāo)，同時，可評定路面使用性能。

在車輪作用下，路面產(chǎn)生的沉降總變形值與總彎沉值一致，當(dāng)車輪從路面駛出之后，載荷也會消除，路面將再次向上回彈，此時回彈變形值即為回彈彎沉值。殘余彎沉是總彎沉和回彈彎沉的差值。通常情況下，總彎沉和回彈彎沉之間存在3種關(guān)系：①回彈彎沉小于總彎沉，說明路面不僅會出現(xiàn)彈性變形，同時還會出現(xiàn)塑性變形。②總彎沉和回彈彎沉相同，說明路面處于完全彈性體狀態(tài)。③回彈彎沉大于總彎沉，說明路面存在隆起的塑性變形。路面彎沉示意圖如圖1所示。

圖1 路面彎沉示意圖

2 回彈彎沉主要檢測方法

根據(jù)路面彎沉檢測技術(shù)發(fā)展的歷程，可將其分為2個階段，即靜力彎沉檢測和動態(tài)彎沉檢測。

2.1 靜力彎沉檢測

2.1.1 貝克曼梁(BB)

貝克曼梁是最常見的一種靜力彎沉檢測設(shè)備，是通過載重汽車分級加載路面，由百分表獲取路面回彈彎沉的一種檢測方法。其特點為操作簡單、效率高等。前進卸載法測試過程中，貝克曼梁的端頭將從標(biāo)準(zhǔn)車后軸雙輪之間的輪隙處穿過，同時將百分表設(shè)置于梁的另一端，以此進行端頭升降量的測定。車輛向前勻速、緩慢前行，當(dāng)車由端頭處經(jīng)過時，觀測百分表，讀取最大值。當(dāng)車輛從路面處駛出后，再次觀測百分表，讀取讀數(shù)，兩者差值的2倍便是路表面的回彈彎沉值。此外，也可采用后退加載方法進行路面總彎沉的測定。

2.1.2 自動彎沉儀

基于杠桿原理，自動彎沉儀是在貝克曼梁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。在測定車前后軸之間的底盤上連接彎沉測定梁，測定過程中，梁須支撐在地面。當(dāng)車輛勻速、緩慢向前行駛時，后軸雙輪隙從測頭經(jīng)過后，可通過位移傳感器等自動將彎沉變化情況記錄下來，同時，測定梁被拖動，按照2倍車速向下一測點移動，并被放下及測量數(shù)據(jù)。相比其他設(shè)備，自動彎沉儀可連續(xù)測定彎沉值，還可實現(xiàn)測定結(jié)果自動記錄。一般情況下，可在3～5 km/h控制車輛行駛速度。

2.2 動態(tài)彎沉檢測

作為一種無損檢測技術(shù)，動態(tài)檢測能夠模擬車輛在路面運行的狀態(tài)，不會損壞路面結(jié)構(gòu)。目前，常見的動態(tài)彎沉檢測設(shè)備主要分為2種：穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀、脈沖動力彎沉儀。

2.2.1 穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀

穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀是指通過動荷發(fā)生器施加給路面一種周期性的荷載，沿荷載軸線按一定間距在路面布設(shè)一組速度傳感器了，以此進行路表面動彎沉盆曲線的測定。其優(yōu)點為測試精度高、速度快。

2.2.2 脈沖動力彎沉儀

脈沖動力彎沉儀就是常見的落錘式彎沉儀(FWD)，作為一種新型的檢測設(shè)備，落錘式彎沉儀應(yīng)用效果良好。其工作原理為通過計算機控制液壓系統(tǒng)，將一個重錘提升到一定高度并自由下落，承載板將承受這一巨大沖擊力，并向路面?zhèn)鬟f，從而產(chǎn)生路面彎沉。在距測定不同距離的傳感器便可進行結(jié)構(gòu)層表面變形情況的準(zhǔn)確記錄，并將信息自動傳遞給計算機，經(jīng)計算可獲取路面測點彎沉與彎沉盆。可通過錘重和高度變化來調(diào)整荷載大小。

3 對比分析

在技術(shù)和使用方面，F(xiàn)WD具有更多優(yōu)越性，且應(yīng)用范圍更廣。但長期以來，我國公路路基路面彎沉檢測中多采用貝克曼梁。為了驗證FWD的應(yīng)用效果，本文決定通過具體案例，對貝克曼梁法和FWD進行對比分析。

試驗方法為：先采用貝克曼梁彎沉儀進行檢測，隨后采用FWD測試，要求以測點為圓心畫出半徑為150 mm的圓，保證FWD加載盤對準(zhǔn)圓，在允許范圍內(nèi)合理控制偏差，并按50 kN對所有測點進行3次落錘測定，記錄有效落錘數(shù)據(jù)。基于FWD精確度可達到0.001 mm，而貝克曼梁彎沉儀精確度僅為0.01 m，為保證結(jié)果的可比性，決定均按0.01 mm進行分析。

3.1 水泥穩(wěn)定層的彎沉對比試驗分析

作為最接近路面面層的半剛性過渡層，水泥穩(wěn)定層通常都選用商品灰土。在機械攤鋪施工后，可以很好控制原料的均勻性和攤鋪后的平整度。本次選取3段路進行對比分析，即K0+220～K0+620段、K0+340～K0+740段、K0+100～K0+500段。以20 m為間距設(shè)置測點，每一種方法每段路都選取20個測點，共120個測點。所得比對結(jié)果相關(guān)性分析如表1所示。

由此可見，F(xiàn)WD和BB在3路段的比對結(jié)果具有良好的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)R均可滿足相關(guān)規(guī)定要求(R2≥0.902 5)。在工程水穩(wěn)層彎沉質(zhì)量評定中，可采用FWD替換BB進行檢測。

3.2 瀝青面層的彎沉對比試驗分析

同樣選擇3路段進行比對分析，路段分別為K3+240～K3+640段、K4+240～K4+640段、K5+200～K5+600段。以20 m為間距設(shè)置測點，每種方法每一個路段均取樣20點，共設(shè)120個測點。比對結(jié)果和相關(guān)關(guān)系如表2所示。

表1 FWD和BB水穩(wěn)層比對結(jié)果相關(guān)性分析

表2 FWD和BB瀝青面層比對結(jié)果相關(guān)性分析

由此可見，在3個不同路段，F(xiàn)WD和BB的比對結(jié)果具有極強相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R符合相關(guān)規(guī)定要求(R2≥0.902 5)。在工程瀝青面層彎沉質(zhì)量評定中，可采用FWD替換BB進行檢測。

4 結(jié)語

彎沉是公路建設(shè)質(zhì)量控制過程中十分重要的指標(biāo)，當(dāng)前多采用回彈彎沉值來反映路基路面的承載力情況，回彈彎沉值越小，則承載力越大，兩者呈反比關(guān)系。在我國公路建設(shè)中，回彈彎沉值應(yīng)用較廣，不僅是衡量路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性指標(biāo)，還是控制施工質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)支持。為此，必須根據(jù)工程建設(shè)實際情況，合理選擇回彈彎沉檢測方法，無論是貝克曼梁彎沉檢測法，還是FWD檢測法，均可達到良好的應(yīng)用效果。相比之下，F(xiàn)WD檢測精度更高、速度更快，更能滿足公路工程檢測需求。