回彈彎沉檢測在公路路基路面檢測中的應(yīng)用

胡辰康

（浙江交工交通科技發(fā)展有限公司，杭州 310000）

1 引言

公路是交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在日常使用中，車輛行駛、外部環(huán)境因素等均會對公路路面、路基等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致公路出現(xiàn)破損、毀壞等情況，影響公路工程的服務(wù)質(zhì)量與使用年限，故在公路日常維護中，加強公路使用情況檢查十分重要。回彈彎沉檢測技術(shù)可以通過專業(yè)的回彈彎沉檢測設(shè)備獲得公路路面路基的彎沉情況，便于分析公路工程運營期間的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)病損等，及時進行養(yǎng)護，滿足公路工程的實際使用需求。

公路運營過程中，路面在車輪的載荷作用下，會出現(xiàn)下沉變形，路面彎沉值是反映路面和路基強度的一個指標(biāo)，彎沉值的大小與路基路面的強度有密切關(guān)系，通常情況下，路基路面的強度越低，彎沉值就越大，而路基強度越高，路面結(jié)構(gòu)越厚，彎沉值則越小。因此，在公路的施工設(shè)計、舊路補強，質(zhì)量驗收檢測等方面，回彈彎沉檢測得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

2 回彈彎沉檢測的應(yīng)用原則

2.1 質(zhì)量原則

在公路路基路面性能檢測過程中，回彈彎沉是反映公路結(jié)構(gòu)強度和剛度的重要參數(shù)，根據(jù)回彈彎沉，可以分析路面路基結(jié)構(gòu)的性能情況。在測量過程中，需要遵循質(zhì)量原則，在測量之前對相關(guān)回彈彎沉測量設(shè)備、儀器等進行檢查、校準(zhǔn)，確保各設(shè)備可以正常使用。同時，在測量過程中，應(yīng)嚴(yán)格參照相關(guān)規(guī)范的具體要求確保回彈彎沉檢測數(shù)據(jù)的可靠性[2]。

2.2 科學(xué)管理原則

回彈彎沉檢測法的檢測數(shù)據(jù)在公路路基路面施工質(zhì)量評估中具有十分重要作用，所以，為了保證檢測結(jié)果的可靠性，各個管理部門應(yīng)統(tǒng)一檢測標(biāo)準(zhǔn)，并且明確分工，統(tǒng)籌各個施工環(huán)節(jié)和相關(guān)工作，確保公路工程路基路面檢測工作可以順利開展。

在回彈彎沉檢測法的應(yīng)用過程中，不僅需要關(guān)注技術(shù)使用是否科學(xué)、合理，還需要積極引進先進的檢測儀器，使檢測結(jié)果更精確、可靠，便于及時、有效地分析公路路基路面施工中所產(chǎn)生的問題和不足，繼而進行合理的管理與控制，全面推動公路工程有序開展[3]。

3 回彈彎沉檢測在公路路基路面檢測中的應(yīng)用

3.1 在質(zhì)量驗收檢測中的應(yīng)用

公路路基路面工程驗收環(huán)節(jié)中，主要通過回彈彎沉檢測對已經(jīng)完成部分的結(jié)構(gòu)強度和剛度進行總體了解，不符合公路標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求的需要重新進行檢查和返修，從而提升公路施工質(zhì)量水平。而整體公路路基和路面項目施工完成之后，需要再次針對公路實施回彈彎沉參數(shù)檢測，只有這樣才能全面了解和掌握公路工程的整體施工質(zhì)量水平，保證公路施工整體質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，提升公路施工和服務(wù)水平，確保通行安全[4]。

3.2 在舊路補強設(shè)計中的應(yīng)用

對于使用時間較長的公路，結(jié)構(gòu)的強度和剛度會不斷下降，最終導(dǎo)致公路結(jié)構(gòu)不能滿足車輛的通行需求，此時，需要針對公路結(jié)構(gòu)進行補強設(shè)計，進而提升公路質(zhì)量水平。但是，公路路基路面的補強設(shè)計方案需要根據(jù)回彈彎沉檢測結(jié)果而確定[5]。當(dāng)路基路面的回彈彎沉值較大時，需要針對其進行大范圍修整；而當(dāng)回彈彎沉數(shù)值相對較小時，可以縮小公路養(yǎng)規(guī)模和范圍。

4 公路路基路面回彈彎沉檢測儀器

公路路基路面按照其所處的層位及發(fā)揮的作用主要分為面層、基礎(chǔ)層以及結(jié)構(gòu)墊層3 個層次。其中，面層主要分為上層、下層、磨損層以及聯(lián)合層等。為了提高路面結(jié)構(gòu)層的抗滑性能，從根本上避免路面產(chǎn)生大面積損耗和腐蝕，延長路面的使用年限，需要使用硬質(zhì)砂礫作為基礎(chǔ)磨損層。同時，在公路的運營過程中，需要對其進行密切監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)病害，及時進行養(yǎng)護，保證公路工程的使用質(zhì)量。當(dāng)前公路路基路面回彈彎沉檢測常用到的儀器，包括自動彎沉儀、貝克曼梁彎沉儀、落錘彎沉測試儀、激光多普勒彎沉儀。

4.1 貝克曼梁彎沉儀

貝克曼梁彎沉儀是測試路面強度的儀器，在測試路面彎沉數(shù)據(jù)時應(yīng)用較為廣泛。采用該儀器時，常采用固定采樣的方式檢測路面的靜態(tài)彎沉。該儀器使用較早，應(yīng)用范圍較為廣泛，技術(shù)要求相對較低，且不受天氣等因素的影響。

檢測原理為：在汽車荷載的作用下，面層、基層和路基會收到不同程度的作用力，路面會出現(xiàn)局部下沉，以軸重負荷點為中心，發(fā)生垂直變形，形成彎沉盆，如圖1 所示。當(dāng)荷載轉(zhuǎn)移后，彎沉盆消失，路面在自身彈性的作用下恢復(fù)到初始狀態(tài)，彎沉值就是指路面在負荷前和負荷后的差值[6]。事實上，經(jīng)過相關(guān)研究可知，當(dāng)路面負荷轉(zhuǎn)移后，即彈性彎沉與總彎沉不一樣時，在路面內(nèi)部還會有少量的剩余變形，路面彎沉盆不會全部消失，彎沉值的大小受氣候溫度，行車速度等因素的影響很大。

圖1 路基路面負荷作用下受力示意圖

貝克曼梁彎沉儀運用杠桿原理制成，在測試時，路面路基受荷載影響會出現(xiàn)下沉情況，百分表側(cè)桿受外力作用向上運動，表內(nèi)指針出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。百分表在使用時需要將百分表裝夾在專用表架或其他牢靠的支架上，如圖2 所示，不可將百分表隨便卡在不穩(wěn)定的地方，確保表固定良好。測量時需要將百分表輕輕提起放在測試桿上，把工件移至測頭下面，緩慢下降，需要工件與測頭接觸，不可將工件強迫推入側(cè)頭下，也不可急劇下降測頭，避免順勢沖擊測力，導(dǎo)致測量誤差，工件與測頭接觸方法如圖3 所示。百分表的讀數(shù)方法先讀小指針轉(zhuǎn)過的刻度線（即數(shù)據(jù)的整數(shù)部分，mm），再讀大指針轉(zhuǎn)過的刻度線（即小數(shù)部分），并乘以0.01，然后二者相加，即得到所測量的數(shù)值。

圖2 百分表固定方法

圖3 工件與測頭接觸方法

常用的貝克曼彎沉儀梁長有5.4 m 和3.6 m 兩種，測試梁后臂與前臂的長度比為1∶2。貝克曼梁彎沉儀操作較為簡便、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等，但這種檢測方式受人為因素影響相對較大，工作效率相對較低，因此，該方法主要應(yīng)用于低等級公路的日常養(yǎng)護施工以及舊路評價等檢測中[7]。

彎沉值可根據(jù)式（1）計算：

式中，Lr為測試路段彎沉代表值；L 為測試路段回彈彎沉值的平均值；Zα為保證系數(shù)；S 為測試路段回彈彎沉值的標(biāo)準(zhǔn)差。

4.2 自動彎沉儀

自動彎沉儀主要由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、測量機構(gòu)、測試車輛3 部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以同溫度、位移、距離等多種傳感器相連，自動獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，連續(xù)自動采集雙側(cè)或單側(cè)測點的彎沉盆數(shù)據(jù)、靜態(tài)彎沉峰值等相關(guān)信號。自動彎沉儀所獲得的檢測結(jié)果為彎沉盆數(shù)據(jù)，檢測結(jié)果需要按照相關(guān)規(guī)定同貝克曼梁彎沉儀建立相關(guān)關(guān)系，以分析測試點回彈彎沉情況。盡管自動彎沉儀可以實現(xiàn)自動測試，但此種檢測方式受行駛車輛、外界因素等影響較大，會影響測試效果[8]。

4.3 落錘彎沉測試儀

落錘彎沉儀是應(yīng)用較為廣泛的彎沉監(jiān)測設(shè)備，該測試方式可以根據(jù)落錘質(zhì)量對落錘導(dǎo)致路面出現(xiàn)的瞬時變形值情況進行分析。落錘彎沉儀回彈彎沉測試的基本原理為：通過液壓系統(tǒng)釋放荷載塊對路面施加沖擊荷載，動態(tài)分析路基路面的彎沉情況，屬于固定采樣彎沉測試方式的一種[9]。落錘彎沉儀測試沖擊荷載與時速60～80 km/h 地車輛對路面產(chǎn)生的荷載十分相似，可較好地模擬公路正常使用中的工況。當(dāng)前常用的落錘彎沉儀主要包括牽引式落錘彎沉儀、內(nèi)置式落錘彎沉儀兩類。其中，牽引式落錘彎沉儀應(yīng)用較為廣泛，此種彎沉儀一般由荷載發(fā)生裝置、牽引車、彎沉檢測裝置等系統(tǒng)組成，可以借助計算機系統(tǒng)自動控制落錘裝置啟動，使具有一定質(zhì)量的落錘從一定高度自由落下形成的沖擊力可以直接傳遞到路面，對路面施加脈沖荷載，使路面出現(xiàn)瞬時形變，同時，不同距離測試點的傳感器將產(chǎn)生相關(guān)形變信號，之后，通過采集系統(tǒng)將該信號轉(zhuǎn)化為電信號，再將采集的信號傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)，便于分析動態(tài)彎沉、彎沉盆情況。采用此種方式除了可以進行路面結(jié)構(gòu)彎沉數(shù)據(jù)測量外，還可以反算路面結(jié)構(gòu)層模量，綜合科學(xué)分析路面路基承載力具體情況。

4.4 激光多普勒彎沉儀測試

在公路路基路面回彈彎沉檢測中，利用激光多普勒彎沉儀可以進行動態(tài)數(shù)據(jù)的采集。該測試方式的原理為：在高速行駛過程中，使用激光多普勒原理對路面路基受地面荷載作用影響下出現(xiàn)的垂直下沉的速度以及下沉量等情況進行測量，然后通過彎沉盆、彎沉值分析，得到路面路基的回彈彎沉情況[10]。激光多普勒彎沉儀可以采用非接觸的監(jiān)測方式對公路路基路面情況進行分析，可以在試驗車的行駛速度高達80 km/h 時，精確分析地面彎沉情況。激光多普勒彎沉儀是當(dāng)前高速公路彎沉檢測中較為先進的儀器，但受成本因素的影響，尚未全面推廣。

5 結(jié)語

為了進一步提升公路工程的服務(wù)質(zhì)量，必須重視公路路基路面性能的檢驗，保證公路路基路面的剛度、強度與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合，而回彈彎沉檢測技術(shù)在公路路基路面質(zhì)量檢測中起到了非常重要的作用，為公路建設(shè)工程與養(yǎng)護工作提供了更為精準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)，保證公路工程運營過程的安全性，基于此，在未來的工程的實踐中，要加強對回彈彎沉檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用，為公路工程事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展保駕護航。